EP4061552B1

EP4061552B1 - Verfahren, steuervorrichtung sowie walzanlage zur einstellung einer auslauftemperatur eines aus einer walzstrasse auslaufenden metallbands

Info

Publication number: EP4061552B1
Application number: EP20797072.4A
Authority: EP
Inventors: Frank Theobald; Jörn Sieghart
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2019-11-21
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2023-06-28
Anticipated expiration: 2040-10-21
Also published as: WO2021099052A1; EP4061552A1; DE102019217966A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuervorrichtung zum Einstellen einer Auslauftemperatur eines aus einer wenigstens zweigerüstigen Walzstraße auslaufenden Metallbands. Zudem betrifft die Erfindung eine Walzanlage zum Walzen eines Metallbands, aufweisend wenigstens eine wenigstens zweigerüstige Walzstraße und wenigstens eine Steuervorrichtung zum Einstellen einer Auslauftemperatur des aus der Walzstraße austretenden Metallbands.
Metallbänder werden in Walzstraßen auf eine gewünschte Auslaufdicke gewalzt. Das aus einer Walzstraße auslaufende Metallband wird zu einer Spule bzw. einem Coil aufgehaspelt. Eine Temperatur des aufgehaspelten Metallbands ist insbesondere für Metallbänder aus bestimmten Aluminiumlegierungen von Bedeutung für die Qualität des jeweiligen Metallbands. Die Temperatur eines solchen Metallbands muss innerhalb eines relativ engen Temperaturbereichs gehalten werden, um spezifizierte mechanische Eigenschaften des Metallbands zu erreichen.
DE 20 2014 011 231 U1 betrifft ein System mit einem ersten Gestell, das ein erstes Paar von Arbeitswalzen zum Reduzieren einer Dicke eines Materials auf einen ersten festgelegten Punkt aufweist, einem zweiten Gestell, das ein zweites Paar von Arbeitswalzen zum Reduzieren der Dicke des Materials auf einen zweiten festgelegten Punkt aufweist, und einem Temperatursensor, der dazu positioniert ist, die Temperatur des Materials zu messen, wenn es aus dem zweiten Gestell austritt. Zudem weist das System ein Steuergerät auf, das mit dem Temperatursensor, dem ersten Gestell und dem zweiten Gestell gekoppelt ist, um wenigstens einen aus dem ersten festgelegten Punkt und dem zweiten festgelegten Punkt auf Grundlage der von dem Temperatursensor gemessenen Temperatur des Materials anzupassen, mit der es aus dem zweiten Gestell austritt.
EP 2 697 002 B1 betrifft ein Steuerverfahren für eine Walzstraße, wobei für Bandabschnitte eines Bands vor einem ersten Walzgerüst der Walzstraße jeweils eine Temperatur ermittelt wird, die die Bandabschnitte aufweisen, wobei mittels eines Bandmodells anhand der ermittelten Temperaturen die Temperaturen der Bandabschnitte für den Zeitpunkt des Walzens des jeweiligen Bandabschnitts in dem ersten Walzgerüst prognostiziert werden, wobei unter Verwendung der prognostizierten Temperaturen der Bandabschnitte mindestens ein jeweiliger Steuerparameter für das Walzen der Bandabschnitte in dem ersten Walzgerüst ermittelt wird, und wobei eine auf das erste Walzgerüst wirkende Stelleinrichtung während des Walzens des jeweiligen Bandabschnitts unter Berücksichtigung des jeweiligen ermittelten Steuerparameters gesteuert wird. Die Temperaturen der Bandabschnitte werden für den Zeitpunkt des Walzens des jeweiligen Bandabschnitts in dem ersten Walzgerüst mittels des Bandmodells mit einem ersten Prognosehorizont prognostiziert. Der erste Prognosehorizont korrespondiert mit mehreren in dem ersten Walzgerüst zu walzenden Bandabschnitten. Für den ersten Prognosehorizont wird ein Stellgrößenverlauf für die Stelleinrichtung angesetzt. Mittels des Stellgrößenverlaufs wird ein Profil eines von Arbeitswalzen des ersten Walzgerüsts gebildeten Walzspalts beeinflusst. Mittels eines Walzgerüstmodells für das erste Walzgerüst wird unter Verwendung der prognostizierten Temperaturen der Bandabschnitte und des angesetzten Stellgrößenverlaufs für die mit dem ersten Prognosehorizont korrespondierenden Bandabschnitte ein jeweiliges Walzspaltprofil prognostiziert, das die Arbeitswalzen des ersten Walzgerüsts zum Zeitpunkt des Walzens des jeweiligen Bandabschnitts bilden. Der angesetzte Stellgrößenverlauf wird anhand des für die Bandabschnitte prognostizierten Walzenspaltprofils und eines jeweiligen Sollprofils optimiert. Der aktuelle Wert des optimierten Stellgrößenverlaufs entspricht dem Steuerparameter und wird der Stelleinrichtung als Stellgröße vorgegeben.
EP 3 089 833 B1 betrifft ein System mit einem ersten Ständer, der ein erstes Paar von Arbeitswalzen aufweist, um eine Dicke eines Materials auf einen ersten Setzpunkt zu reduzieren, einem zweiten Ständer, der ein zweites Paar von Arbeitswalzen aufweist, um die Dicke des Materials auf einen zweiten Setzpunkt zu reduzieren, und einem Temperatursensor, der angeordnet ist, um die Temperatur des Materials, wie es den zweiten Ständer verlässt, zu messen. Zudem weist das System einen Controller auf, der mit dem Temperatursensor, dem ersten Ständer und dem zweiten Ständer gekoppelt ist, um zumindest einen des ersten Setzpunkts und des zweiten Setzpunkts basierend auf der vom Temperatursensor gemessenen Temperatur des Materials, wie es den zweiten Ständer verlässt, einzustellen.
Der Artikel "Study on Temperature Prediction Modell of Cold Rolling Strip", Chen Junyi et al., International Conference on Artificial Intelligence and Big Data, 2018 der die Basis für den Oberbegriff von Anspruch 1 bildet, offenbart ein Temperaturvorhersagemodell für ein Kaltwalzverfahren, wobei eine Auslauftemperatur eines in einer Tandemwalzstraße gewalzten Metallbands unter Verwendung von die Auslauftemperatur beeinflussenden Parametern berechnet wird, die vorab unter Verwendung eines Partikelschwarmoptimierungsverfahrens optimiert worden sind.
Herkömmlich wird beim Kaltwalzen von Aluminiumband in einer Walzstraße die Bandtemperatur direkt gemessen, was aufwändig und teuer ist. Diese Temperaturmessung kann aufgrund eines Sensorfehlers oder einer falschen Ausrichtung eines Sensors gestört werden oder ganz ausfallen. Zudem wird durch Voreilungsänderungen bei einer Lastumverteilung zwischen Walzgerüsten einer Walzstraße eine Auslaufdicke des Metallbands kurzzeitig gestört, da eine Dickenmonitorregelung im letzten Walzgerüst durch eine Transporttotzeit zum Dickenmesssystem Dynamiknachteile aufweist. Ein herkömmlicher Temperaturregler muss daher sehr langsam arbeiten, um eine Zieldicke des Metallbands möglichst wenig zu beinträchtigen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiger realisierbares Verfahren zum Einstellen einer Auslauftemperatur eines aus einer Walzstraße auslaufenden Metallbands zu schaffen, mit dem ein Metallband mit höherer Qualität herstellbar ist. Diese Aufgabe wird durch den unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in der nachfolgenden Beschreibung und den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, wobei diese Ausgestaltungen jeweils für sich genommen oder in verschiedener Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander einen weiterbildenden, insbesondere auch bevorzugten oder vorteilhaften, Aspekt der Erfindung darstellen können.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einstellen einer Auslauftemperatur eines aus einer wenigstens zweigerüstigen Walzstraße auslaufenden Metallbands wird die Auslauftemperatur mittels eines Prozessmodells unter Berücksichtigung eines Zusammenhangs zwischen einer Bandumformung und/oder einer Abkühlrate des Metallbands durch wenigstens ein Kühlmedium und durch den Kontakt des Metallbands mit wenigstens einer festen Walzstraßenkomponente und/oder einer Walzgeschwindigkeit in einem letzten Walzgerüst der Walzstraße einerseits und der Auslauftemperatur andererseits eingestellt. Zudem wird nach einer unter Verwendung des Prozessmodells erfolgten Ermittlung einer eingriffsbedingten Abweichung der Bandumformung und/oder der Walzgeschwindigkeit in dem letzten Walzgerüst von in dem Zusammenhang enthaltenen Setzwerten für die Bandumformung und/oder die Walzgeschwindigkeit in dem letzten Walzgerüst mittels des Prozessmodells eine mit der eingriffsbedingten Abweichung verbundene Abweichung der Auslauftemperatur von einer in dem Zusammenhang enthaltenen Solltemperatur ermittelt, wobei die Bandumformung in dem letzten Walzgerüst und in einem oder mehreren vorgelagerten Walzgerüsten der Walzstraße mittels des Prozessmodells in Abhängigkeit der Abweichung der Auslauftemperatur derart geändert wird, dass die Auslauftemperatur der Solltemperatur entspricht.
Der Zusammenhang zwischen der Bandumformung und/oder der Walzgeschwindigkeit in dem letzten Walzgerüst der Walzstraße einerseits und der Auslauftemperatur, insbesondere an dem jeweiligen Arbeitspunkt, andererseits kann mittels eines übergeordneten Stichplanrechners berechnet werden. Unter einem Arbeitspunkt sind alle Einstellwerte (betreffend die physikalischen Eigenschaften Umformung, Dicke, Geschwindigkeit, Temperatur) eines Bereichs zu verstehen, innerhalb dem gewalzt wird (Soll-Stichplan), sowie die Bereiche dazwischen, die zum Erreichen des Bereichs durchfahren werden. Es können ein oder beliebig viele Arbeitspunkte berücksichtigt werden. Als besonders günstig im Sinne der Erfindung sind vier Arbeitspunkte, da sie alle wichtigen Eckpunkte des Walzprozesses beinhalten, ohne zu viel Rechenzeit zu deren Ermittlung zu benötigen. Der Stichplanrechner ist eingerichtet, diesen Zusammenhang als Setzzustand festzulegen und dem Setzzustand entsprechende Koeffizienten an das (mathematische) Prozessmodell zu übergeben. Zusätzlich kann der Stichplanrechner eingerichtet sein, entsprechende Koeffizienten an eine Einrichtung zu Ansteuerung von Stellgliedern der Walzstraße zu übergeben. Diese Koeffizienten können aus einem oder mehreren Termen oder aus daraus zusammengesetzten Termen der im Folgenden beispielhaft aufgeführten Größen bestehen: $\frac{\partial P}{\partial ΔT}, \frac{\partial F}{\partial ΔT}, \frac{\partial M}{\partial ΔT}, \frac{\partial v}{\partial ΔT}, \frac{\partial \dot{Q}}{\partial ΔT}, \frac{\partial T_{f}}{\partial ΔT}, \frac{\partial Δh}{\partial ΔT}, \frac{\partial f_{v}}{\partial ΔT}, \frac{\partial l_{vn}}{\partial ΔT} .$
Dabei ist T die Temperatur, P die Walzleistung, F die Walzkraft, M das Walzmoment, v die Walzgeschwindigkeit, Tf die Fluidtemperatur, Q der Fluidvolumenstrom, h die Walzgutdicke, Δh die Abnahme, I_VN die Länge eines Bandes bei konstanter Bandgeschwindigkeit und f_v die Voreilung.
Das Kühlmedium kann beispielsweise Luft, Wasser, Öl oder eine Emulsion sein. Die Walzstraßenkomponente kann beispielsweise eine Rolle oder eine Arbeitswalze sein.
Das Prozessmodell kann eingerichtet sein, mittelbar oder unmittelbar zu überwachen, ob ein momentaner Zustand der Walzstraße dem Setzzustand entspricht. Wird dieser Setzzustand im Walzbetrieb durch anderweitige Reglereingriffe nicht erreicht oder ändert sich die Bandumformung und/oder die Abkühlrate des Metallbands durch eine Beaufschlagung des Metallbands mit einem Kühlmedium und durch einen Kontakt des Metallbands mit wenigstens einer festen Walzstraßenkomponente und/oder die Walzgeschwindigkeit in dem Walzspalt des letzten Walzgerüsts, beispielsweise aufgrund von Eingriffen eines Bedienpersonals, kann das erfindungsgemäße Prozessmodell aus den vom Stichplanrechner gelieferten Koeffizienten die mit der entsprechend eingriffsbedingten Abweichung der Bandumformung und/oder der Walzgeschwindigkeit in dem letzten Walzgerüst von den in dem Zusammenhang enthaltenen Setzwerten für die Bandumformung und/oder die Walzgeschwindigkeit in dem letzten Walzgerüst eine mit der eingriffsbedingten Abweichung verbundene Abweichung der Auslauftemperatur von einer in dem Zusammenhang enthaltenen Solltemperatur ermitteln. Das Prozessmodell ist zudem eingerichtet, die Bandumformung in dem letzten Walzgerüst und in einem oder mehreren bezüglich einer Bandförderrichtung durch die Walzstraße vorgelagerten Walzgerüsten der Walzstraße in Abhängigkeit der ermittelten Abweichung der Auslauftemperatur derart zu ändern, dass die Auslauftemperatur der Solltemperatur entspricht. Folglich wird die Auslauftemperatur des Metallbands mittels des Prozessmodells unter Berücksichtigung des oben beschriebenen Zusammenhangs eingestellt. Dazu kann das Prozessmodell die Bandumformung und/oder die Walzgeschwindigkeit und/oder die Abkühlrate bzw. die damit einhergehende Kühlmittelmenge in dem letzten Walzgerüst und dem einen oder den mehreren vorgelagerten Walzgerüsten dahingehend ändern, dass die Auslauftemperatur des Metallbands auf die Solltemperatur zurückkehrt.
Das Metallband kann beispielsweise ein Aluminiumband oder Stahlband sein. Die Walzstraße kann beispielsweise eine Kaltwalztandemstraße sein. Das letzte Walzgerüst der Walzstraße ist das letzte Walzgerüst bezüglich eines Massenflusses bzw. einer Bewegungsrichtung des Metallbands durch die Walzstraße. Entsprechendes gilt für das wenigstens eine vorgelagerte Walzgerüst der Walzstraße. Die Walzstraße weist wenigstens zwei, drei oder mehrere Walzgerüste auf. Die Bewegungsrichtung des Metallbandes durch die Walzstraße kann sich auch ändern, z. B. bei einem Reversierstich.
Die erfindungsgemäße modellbasierte Temperatureinstellung hat den Vorteil, dass sie im Idealfall keinerlei Sensorik benötigt. Dadurch werden Investitions-, Inbetriebnahme- und Maintenance-Aufwendungen gesenkt. Zur Prozessmodellvalidierung würde schon eine einfache off-line Temperaturmessung am aufgewickelten Coil ausreichen. Das Prozessmodell sorgt darüber hinaus für eine Entkopplung von Temperatureinstellung und Dickenregelung, so dass die Qualität des Endprodukts erhöht werden kann, indem wechselseitige Störungen verschiedener Regelungen minimiert werden. Die Dynamik der Temperatureinstellung ist durch das Prozessmodell für unterschiedliche Produkte auf einem einheitlich hohen Niveau. Die Erfindung stellt somit einen modellbasierten Ansatz einer in eine Walzstraßenregelungsarchitektur voll integrierten Temperatureinstellung dar, der gegenüber dem Stand der Technik mit einem geringeren Investitionsbedarf, beispielsweise durch einen Wegfall der bei Aluminiumbändern üblichen, teuren Wärmebildkamera, einem geringeren Inbetriebnahmeaufwand, geringeren Betriebskosten, insbesondere Wartungskosten und Ersatzkosten, einer höheren Regelgüte und Dynamik, einer besseren Produktqualität und einer größeren Zuverlässigkeit verbunden ist.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung gegenüber einem herkömmlichen Temperaturregler besteht darin, dass die Auslauftemperatur insbesondere bei einer Anlage im Batchbetrieb bereits zu einem früheren Zeitpunkt des Walzprozesses eingestellt werden kann. Zudem ist von Vorteil, dass das erfindungsgemäße Verfahren über die Bandlänge gleichmäßiger arbeitet und dynamischer ist, da die Prozessdaten direkt im Walzspalt ermittelt werden und nicht durch den Transport zur Temperaturmessstelle totzeitbehaftet sind. Weiter ist von Vorteil, dass das erfindungsgemäße Verfahren höhere Änderungsraten über die Zeit zur Einstellung der Zieltemperatur zulässt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird mittels des Prozessmodells in Abhängigkeit der Abweichung der Auslauftemperatur eine zur Erreichung der Solltemperatur erforderliche Änderung einer Abnahme einer Banddicke des Metallbands in dem letzten Walzgerüst ermittelt und eine Walzspalthöhe in einem oder mehreren vorgelagerten Walzgerüsten um einen der Änderung der Banddicke des Metallbands in dem letzten Walzgerüst entsprechenden Betrag in entgegengesetzter Richtung geändert. Wird beispielsweise die Walzgeschwindigkeit des von dem Stichplanrechner berechneten Stichplans bzw. Setzzustands nicht erreicht, ist die Auslauftemperatur des Metallbands zu gering. Das Prozessmodell kann dann die Bandumformung in dem letzten Walzgerüst erhöhen, um eine gewünschte Auslauftemperatur des Metallbands auch mit der geringeren Walzgeschwindigkeit zu erreichen. Mit der Änderung der Bandumformung in dem letzten Walzgerüst allein wäre jedoch eine Störung der Zieldicke des Metallbands verbunden. Eine Dickenregelung der Walzstraße würde diese Dickenänderung ausregeln und den Anfangszustand wieder herstellen. Um dies zu verhindern, berechnet das Prozessmodell mit den vom Stichplanrechner gelieferten Koeffizienten auch eine erforderliche Veränderung der Bandumformung in einem oder mehreren vorgelagerten Walzgerüsten, damit zusammen mit der zur Einstellung der gewünschten Auslauftemperatur des Metallbands erforderlichen Bandumformung in dem letzten Walzgerüst eine gewünschte Auslaufdicke des Metallbands unverändert bleibt. Berechnet das Prozessmodell beispielsweise eine zur Erreichung der gewünschten Auslauftemperatur des Metallbands erforderliche prozentuale Änderung der Abnahme bzw. Reduktion der Dicke des Metallbands in dem letzten Walzgerüst von +15%, wird die Abnahme bzw. Reduktion der Dicke des Metallbands in einem oder mehreren vorgelagerten Walzgerüsten so kompensiert, dass die Gesamtabnahme konstant bleibt. Wird die Banddicke des Metallbands zunächst beispielsweise von 0,4 mm auf 0,3 mm in dem vorletzten Walzgerüst und von 0,3 mm auf 0,2 mm in dem letzten Walzgerüst reduziert und liegt eine vorgenannte Abweichung der Auslauftemperatur des Metallbands vor, kann das Prozessmodell die Bandumformungen mittels der letzten beiden Walzgerüste derart ändern, dass die Banddicke mit dem vorletzten Walzgerüst von 0,4 mm auf 0,345 mm und mit dem letzten Walzgerüst von 0,345 mm auf 0,2 mm reduziert wird, so dass die Auslaufdicke des Metallbands nicht beeinflusst wird. Die jeweilige Stellgröße ist dabei die von dem Prozessmodell berechnete Walzspalthöhe des jeweiligen Walzgerüsts.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird für das letzte Walzgerüst und für ein oder mehrere vorgelagerte Walzgerüste jeweils ein in dem Prozessmodell enthaltenes eigenes Gerüstmodell verwendet, das in zeitlichen Abständen durch ein Abdrücken des jeweiligen Walzgerüsts ohne Metallband adaptiert wird. Das (mathematische) Gerüstmodell ist ein durch das Abdrücken (Kalibriervorgang) kalibriertes Gerüstmodell. Beim Abdrücken werden die Arbeitswalzen des jeweiligen Walzgerüsts in Kontakt miteinander gebracht, wobei Stellwege, Kräfte und dergleichen, beispielsweise mittels des Prozessmodells, erfasst werden können, um das Gerüstmodell zu adaptieren.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein in dem Prozessmodell enthaltenes Kühlmodell verwendet, mit dem eine Abkühlung des Metallbands durch eine wahlweise Beaufschlagung mit verschiedene Kühlmitteln und eine Abkühlung des Metallbands aufgrund eines Kontakts mit Arbeitswalzen berechnet wird. Die verschiedenen Kühlmittel können beispielsweise Luft, Wasser, Öl oder eine Emulsion sein. Durch den Kontakt des Metallbands mit den Arbeitswalzen ist ein Wärmestrom gegeben, über den Wärme von dem Metallband über die Arbeitswalzen abfließt, so dass das Metallband gekühlt wird. Bei der Berechnung der jeweiligen Abkühlung des Metallbands können von dem Kühlmodell Vorlauftemperaturen, Volumenströme und Verweildauern in den betreffenden Anlagenteilen berücksichtigt werden. Die Berechnung der Kühlleistung kann durch Koeffizienten erfolgen, die vom Stichplanrechner ermittelt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Einlauftemperaturniveau eines Coils aus dem Metallband vor einem Eintritt in die Walzstraße im Prozessmodell berücksichtigt. Diese Information ist auch für die Anlagensetzung erforderlich. Hierbei ist in erster Linie zu unterscheiden, ob es sich um ein auf Raumtemperatur abgekühltes Coil oder um ein aufgrund von Warmwalz- oder Glühprozessen noch über Raumtemperatur erwärmtes Coil handelt. Dieses kann durch eine manuelle oder inline Temperaturmessung im Zulauf der Walzstraße oder durch eine Berechnung der Abkühlung aufgrund von Daten von Prozessschritten über die Zeit aus der Produktionsplanung erfolgen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden Änderungen der Bandumformungen in dem letzten Walzgerüst und einem oder mehreren vorgeschalteten Walzgerüsten mittels eines Trackingmoduls vorgesteuert, indem die jeweilige Änderung der Banddicke mit einer jeweilig gemessenen Bandgeschwindigkeit in das jeweilige Walzgerüst verschoben wird. Das Trackingmodul sorgt dafür, dass die durch die Koeffizienten berechneten Variationen der Stellgrößen in nachgelagerte Walzgerüste zeitrichtig erfolgen, so dass es bei der Einstellung der richtigen Auslauftemperatur in keinem Zeitpunkt zu Dickenstörungen kommt. Das Trackingmodul kann in einem transienten Bereich, in dem sich die Dicke des Metallbands ändert, eine Umverteilung der Bandumformung in den Walzspalten des letzten Walzgerüsts und einem oder mehreren vorgelagerten Walzgerüsten vornehmen, damit eine gewünschte Auslaufdicke des Metallbands nicht gestört wird. Da die jeweilige Änderung der Banddicke des Metallbands mit der gemessenen Bandgeschwindigkeit in das nachfolgende, insbesondere letzten, Walzgerüst verschoben wird, wird in dem nachfolgenden Walzgerüst eine Änderung der Anstellung in dem Walzspalt des nachfolgenden Walzgerüsts zeitrichtig wie in dem vorhergehenden, insbesondere einem oder mehrerer vorgelagerten, Walzgerüst(en) gestartet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird mittels des Prozessmodells die Temperaturänderung aufgrund der gewalzten Bandlänge als Funktion der Bandgeschwindigkeit ermittelt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden Änderungen von Walzspalthöhen in dem letzten Walzgerüst und einem oder mehreren vorgelagerten Walzgerüsten mittels des Prozessmodells durch Änderungen von Drehzahlen von Arbeitswalzen des letzten Walzgerüsts bzw. des einen oder der mehreren vorgelagerten Walzgerüste kompensiert werden, wobei die Drehzahlen unter Verwendung eines ermittelten oder in dem Prozessmodell enthaltenen Massenflusses durch die Walzstraße ermittelt werden. Die Änderungen von Voreilungen und Banddicken können durch die Umformungsumverteilung so vorgesteuert werden, dass die Dickenregelung hinter dem letzten Walzgerüst im Idealfall keine Störung erreicht. Dieses kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass eine Änderung der Anstellung im letzten Walzgerüst und in einem oder mehreren vorgelagerten Walzgerüsten durch die dem Massenfluss entsprechende Änderung der Drehzahl in dem/den betroffenen Walzgerüst(en) kompensiert wird. Dadurch bleibt ein Bandzug, egal ob eine Zugregelung auf die Anstellung oder die Gerüstgeschwindigkeit wirkt, unverändert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden mittels des Prozessmodells Voreilungsänderungen des Metallbands bei einer Korrektur der Bandgeschwindigkeit berücksichtigt, wenn das Prozessmodell eine Abweichung der Bandumformung und/oder der Walzgeschwindigkeit in dem letzten Walzgerüst aufgrund eines Eingriffs eines Stellglieds einer anderweitigen Regelungseinrichtung der Walzstraße ermittelt hat. Die Voreilungsänderungen können beispielsweise über Differenzenquotienten des Stichplanmodells bei der Geschwindigkeitskorrektur berücksichtigt werden. Erkennt das Prozessmodell eine Abweichung der Bandumformung vom Setzzustand aufgrund eines Eingriffs eines Stellglieds, beispielsweise einer Dickenregelung oder Zugregelung, kann das Prozessmodell die Geschwindigkeitskorrektur analog aufschalten. Da das Prozessmodell kontinuierlich arbeiten kann und die Bandumformung kontinuierlich zwischen den Walzgerüsten verteilen kann und zudem Voreilungsänderungen vorgesteuert werden können, ergibt sich im Idealfall keine Störung einer gewünschten Auslaufdicke des Metallbands. Ist beispielsweise die Abnahme im letzten Walzgerüst geringer als in der Setzung vorgesehen (Eingangsgrößen: Auslaufdicke, Walzmoment und Walzkraft im letzten Walzgerüst), dann wird die Abnahme in einem oder mehreren vorgelagerten Walzgerüsten reduziert, so dass die Abnahme im letzten Walzgerüst erhöht werden kann. Die größere Umformung führt dann zu der gewünschten Erhöhung der Auslauftemperatur. Die bei der Umlagerung auftretenden Geschwindigkeits- und Voreilungsänderungen werden durch die veränderte Massenstrombilanz und Voreilungskoeffizienten dVoreilung/dAbnahme in den betroffenen Walzgerüsten vorgesteuert, so dass es während der Umlagerung nicht zu Zug- und Dickenstörungen kommt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Zusammenhang zwischen der Bandumformung und/oder der Abkühlrate des Metallbands durch wenigstens ein Kühlmedium und durch wenigstens eine feste Walzstraßenkomponente und/oder der Walzgeschwindigkeit in dem letzten Walzgerüst einerseits und der Auslauftemperatur andererseits mithilfe von Temperaturmessungen an dem aus der Walzstraße auslaufenden Metallband adaptiert. Beispielsweise kann die tatsächliche Coil-Temperatur beispielsweise mit einem Handmessgerät am Ende eines Walzprogrammes gemessen werden. Komfortabler aber aufwändiger ist eine inline-Temperaturmessung. Die Messwerte der jeweiligen Temperaturmessung können automatisch an den Stichplanrechner geschickt werden, der die gerechnete und gemessene Temperatur mit einem berechneten Temperaturwert vergleicht und den berechneten Temperaturwert an den Messwert adaptiert. Hierbei können zusätzlich auch andere Modellparameter adaptiert werden.
Eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung zum Einstellen einer Auslauftemperatur eines aus einer wenigstens zweigerüstigen Walzstraße auslaufenden Metallbands ist so eingerichtet, dass sie das Verfahren nach einer der oben genannten Ausgestaltungen durchführt.
Mit der Steuervorrichtung sind die oben mit Bezug auf das Verfahren genannten Vorteile entsprechend verbunden. Die Steuervorrichtung kann als separate Vorrichtung gegeben oder durch eine Softwareimplementierung in eine vorhandene Anlageelektronik einer Walzanlage realisiert sein. Die Steuervorrichtung kann als prädiktiver Temperaturregler einer Walzanlage auf der Basis eines Prozessmodells eingesetzt werden.
Eine erfindungsgemäße Walzanlage zum Walzen eines Metallbands weist wenigstens eine wenigstens zweigerüstige Walzstraße und wenigstens eine oben genannte Steuervorrichtung zum Einstellen einer Auslauftemperatur des aus der Tandemwalzstraße austretenden Metallbands auf, wobei die Walzstraße wenigstens eine feste Walzstraßenkomponente für den Kontakt mit dem Walzband und Mittel zur Beaufschlagung des Metallbandes mit einem Kühlmittelmedium aufweist.
Mit der Walzanlage sind die oben mit Bezug auf das Verfahren genannten Vorteile entsprechend verbunden. Die Walzanlage kann als mehrgerüstige Kaltwalztandemstraße ausgebildet sein, insbesondere zur Herstellung von Aluminiumband.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren anhand bevorzugter Ausführungsform beispielhaft erläutert, wobei die nachfolgend erläuterten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen als auch in Kombination von wenigstens zwei dieser Merkmale miteinander einen vorteilhaften oder weiterbildenden Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

Figur 1: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Walzanlage;
Figur 2: eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Walzanlage;
Figur 3A: eine schematische Darstellung eines Gerüstmodells eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Prozessmodell;
Figur 3B: eine schematische Darstellung eines Kühlmodells eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Prozessmodell; und
Figur 3C: eine schematische Darstellung eines Trackingmoduls eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Prozessmodell.

In den Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen. Eine wiederholte Beschreibung dieser Bauteile kann weggelassen sein.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Walzanlage 1 zum Walzen eines Metallbands 2. Die Walzanlage 1 weist eine dreigerüstige Walzstraße 3 und eine symbolisch gezeigte Steuervorrichtung 4 zum Einstellen einer Auslauftemperatur des aus der Walzstraße 3 austretenden Metallbands 2 auf. Die Steuervorrichtung 4 ist zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einstellen der Auslauftemperatur des aus der Walzstraße 3 auslaufenden Metallbands 2 eingerichtet.
In Figur 1 sind verschiedene Größen und deren Zusammenhänge dargestellt. Dabei ist P₁ die Soll-Walzleistung des ersten Walzgerüsts 5 und P'₁ die Ist-Walzleistung des ersten Walzgerüsts 5. h₁₀ ist die Einlaufdicke des in das erste Walzgerüst 5 einlaufenden Walzbands 2 und h₁₁ ist die Auslaufdicke des aus dem ersten Walzgerüst 5 auslaufenden Walzbands 2, wobei Δh₁ die Abnahme der Dicke des Walzbands 2 in dem ersten Walzgerüst 5 ist. v₁ ist die Bandgeschwindigkeit des das erste Walzgerüst 5 verlassenden Walzbands 2 und S₁₂ ist der Bandzug in dem Walzband 2 zwischen dem ersten Walzgerüst 5 und einem dem ersten Walzgerüst 5 nachgeschalteten zweiten Walzgerüst 6.
P₂ die Soll-Walzleistung des zweiten Walzgerüsts 6 und P'₂ die Ist-Walzleistung des zweiten Walzgerüsts 6. h₂₀ ist die Einlaufdicke des in das zweite Walzgerüst 6 einlaufenden Walzbands 2 und h₂₁ ist die Auslaufdicke des aus dem zweiten Walzgerüst 6 auslaufenden Walzbands 2, wobei Δh₂ die Abnahme der Dicke des Walzbands 2 in dem zweiten Walzgerüst 6 ist. v₂ ist die Bandgeschwindigkeit des das zweite Walzgerüst 6 verlassenden Walzbands 2 und S₂₃ ist der Bandzug in dem Walzband 2 zwischen dem zweiten Walzgerüst 6 und einem dem zweiten Walzgerüst 6 nachgeschalteten dritten bzw. letzten Walzgerüst 7.
P₃ die Soll-Walzleistung des dritten Walzgerüsts 7 und P'₃ die Ist-Walzleistung des dritten Walzgerüsts 7. h₃₀ ist die Einlaufdicke des in das dritten Walzgerüst 7 einlaufenden Walzbands 2 und h₃₁ ist die Auslaufdicke des aus dem dritten Walzgerüst 7 auslaufenden Walzbands 2, wobei Δh₃ die Abnahme der Dicke des Walzbands 2 in dem dritten Walzgerüst 7 ist. v₃ ist die Bandgeschwindigkeit des das dritte Walzgerüst 7 verlassenden Walzbands 2.
T ist die Soll-Temperatur des aus der Walzstraße 3 auslaufenden Kalt- oder Warmbands 2 und T' ist die Ist-Temperatur des aus der Walzstraße 3 auslaufenden Kalt- oder Warmbands 2, wobei ΔT die Temperaturdifferenz zwischen der Soll-Temperatur und der Ist-Temperatur ist.
Im unteren Bereich von Figur 1 sind die Zusammenhänge zwischen den oben genannten Größen gezeigt, die ein erfindungsgemäßes Einstellen der Auslauftemperatur T' ermöglichen.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Walzanlage zum Walzen eines nicht gezeigten Metallbands, wobei von der Walzanlage lediglich ein Stichplanrechner 8 und das Prozessmodell 9 mit Bezug auf ein Walzgerüst n gezeigt sind.
Dem Stichplanrechner 8 werden eine Einlauftemperatur T0 des Warmbands, eine Auslauftemperatur T des Warmbands, eine Dickenabnahme Δh innerhalb des Walzgerüsts n sowie Material- und Anlagendaten A zugeführt. Der Stichplanrechner 8 ermittelt hieraus rechts in Figur 2 gezeigte Koeffizienten und Setzwerte, die gemeinsam dem Prozessmodell 9 zugeführt werden.
Dem Prozessmodell 9 werden zudem die aktuelle Walzleistung P(n) des Walzgerüsts n, ein aktuelles Walzmoment M(n) des Walzgerüsts n, eine aktuelle Walzkraft F(n) des Walzgerüsts n, eine aktuelle Walzgeschwindigkeit v(n) des Walzgerüsts n, eine aktuelle Walzumformung Δh(n) in dem Walzgerüst n, eine aktuelle Kühlmitteltemperatur Tf(n) an dem Walzgerüst n und ein aktueller Kühlmittelvolumenstrom Q(n) an dem Walzgerüst n zugeführt. Des Weiteren werden dem Prozessmodell 9 optional Kalibrierkurven K(n) des Walzgerüsts n und optional eine gemessene Ist-Temperatur T zugeführt. Hieraus ermittelt das Prozessmodell 9 eine Walzgeschwindigkeitsänderung Δv(n) über die Zeit t und eine Abnahmeänderung Δh(n) über die Zeit t für das Walzgerüst n. Zu diesem Zweck weist das Prozessmodell 9 ein Gerüstmodell 10, ein Kühlmodell 11 und ein Trackingmodul 12 auf.
Figur 3A zeigt eine schematische Darstellung eines Gerüstmodells 10 eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Prozessmodell. Dem Gerüstmodell 10 werden die aktuelle Walzkraft F(n) eines Walzgerüsts n und eine aktuelle Walzumformung Δh(n) in dem Walzgerüst n zugeführt. Des Weiteren werden dem Gerüstmodell 10 ein Gerüstmodul G(n) und ein Bandmodul B(n) zugeführt. Hieraus ermittelt das Gerüstmodell 10 eine Anstellpositionsabweichung Δs(n) von einem Setzwert s(n) des Walzgerüsts n. Das Gerüstmodell 10 kann in dem Prozessmodell aus Figur 2 implementiert sein.
Figur 3B zeigt eine schematische Darstellung eines Kühlmodells 11 eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Prozessmodell. Dem Kühlmodell 11 werden eine aktuelle Walzgeschwindigkeit v(n) des Walzgerüsts n, eine aktuelle Kühlmitteltemperatur Tf(n) an dem Walzgerüst n und ein aktueller Kühlmittelvolumenstrom Q(n) an dem Walzgerüst n zugeführt. Des Weiteren werden dem Kühlmodell 11 Anlagendaten A(n) zugeführt. Hieraus ermittelt das Kühlmodell 11 eine Bandtemperaturabweichung ΔT(n) von einem Setzwert T(n) an dem Walzgerüst n. Das Kühlmodell 11 kann in dem Prozessmodell aus Figur 2 implementiert sein.
Figur 3C zeigt eine schematische Darstellung eines Trackingmoduls 12 eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Prozessmodell. Dem Trackingmodul 12 werden die von dem Gerüstmodell aus Figur 3A ermittelte Anstellpositionsabweichung Δs(n) des Walzgerüsts n und die aktuelle Walzgeschwindigkeit v(n) des Walzgerüsts n zugeführt. Des Weiteren werden dem Trackingmodul 12 Anlagendaten A(n) zugeführt. Hieraus ermittelt das Trackingmodul 12 eine Walzgeschwindigkeitsänderung Δv(n) über die Zeit t und eine Abnahmeänderung Δh(n) über die Zeit t für das Walzgerüst n. Das Trackingmodul 12 kann in dem Prozessmodell aus Figur 2 implementiert sein.

Bezugszeichenliste

1: Walzanlage
2: Walzband
3: Walzstraße
4: Steuervorrichtung
5: erstes (vorgelagertes) Walzgerüst
6: zweites (vorgelagertes) Walzgerüst
7: drittes (letztes) Walzgerüst
8: Stichplanrechner
9: Prozessmodell
10: Gerüstmodell
11: Kühlmodell
12: Trackingmodul

Claims

Verfahren zum Einstellen einer Auslauftemperatur eines aus einer wenigstens zweigerüstigen Walzstraße (3) auslaufenden Metallbands (2), wobei die Auslauftemperatur mittels eines Prozessmodells (9) unter Berücksichtigung eines Zusammenhangs zwischen einer Bandumformung und/oder einer Abkühlrate des Metallbands (2) durch wenigstens ein Kühlmedium und durch den Kontakt des Metallbands (2) mit wenigstens einer festen Walzstraßenkomponente und/oder einer Walzgeschwindigkeit in einem letzten Walzgerüst (7) der Walzstraße (3) einerseits und der Auslauftemperatur andererseits eingestellt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
nach einer unter Verwendung des Prozessmodells (9) erfolgten Ermittlung einer eingriffsbedingten Abweichung der Bandumformung und/oder der Walzgeschwindigkeit in dem letzten Walzgerüst (7) von in dem Zusammenhang enthaltenen Setzwerten für die Bandumformung und/oder die Walzgeschwindigkeit in dem letzten Walzgerüst (7) mittels des Prozessmodells (9) eine mit der eingriffsbedingten Abweichung verbundene Abweichung der Auslauftemperatur von einer in dem Zusammenhang enthaltenen Solltemperatur ermittelt wird, wobei die Bandumformung in dem letzten Walzgerüst (7) und in einem oder mehreren vorgelagerten Walzgerüsten (5, 6) der Walzstraße (3) mittels des Prozessmodells (9) in Abhängigkeit der Abweichung der Auslauftemperatur derart geändert wird, dass die Auslauftemperatur der Solltemperatur entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Prozessmodells (9) in Abhängigkeit der Abweichung der Auslauftemperatur eine zur Erreichung der Solltemperatur erforderliche Änderung einer Abnahme einer Banddicke des Metallbands (2) in dem letzten Walzgerüst (7) ermittelt wird und eine Walzspalthöhe in einem oder mehreren vorgelagerten Walzgerüsten (5, 6) um einen der Änderung der Banddicke des Metallbands (2) in dem letzten Walzgerüst (7) entsprechenden Betrag in entgegengesetzter Richtung geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für das letzte Walzgerüst (7) und für ein oder mehrere vorgelagerte Walzgerüste (5, 6) jeweils ein in dem Prozessmodell (9) enthaltenes eigenes Gerüstmodell (10) verwendet wird, das in zeitlichen Abständen durch ein Abdrücken des jeweiligen Walzgerüsts (5, 6, 7) ohne Metallband (2) adaptiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein in dem Prozessmodell (9) enthaltenes Kühlmodell (11) verwendet wird, mit dem eine Abkühlung des Metallbands (2) durch eine wahlweise Beaufschlagung mit verschiedene Kühlmitteln und eine Abkühlung des Metallbands (2) aufgrund eines Kontakts mit Arbeitswalzen berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlauftemperaturniveau eines Coils aus dem Metallband (2) vor einem Eintritt in die Walzstraße (3) im Prozessmodell (9) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Änderungen der Bandumformungen in dem letzten Walzgerüst (7) und in einem oder mehreren vorgelagerten Walzgerüsten (5, 6) mittels eines Trackingmoduls (12) vorgesteuert werden, indem die jeweilige Änderung der Banddicke mit einer jeweilig gemessenen Bandgeschwindigkeit in das jeweilige Walzgerüst (5, 6, 7) verschoben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Prozessmodells (9) die Temperaturänderung aufgrund der gewalzten Bandlänge als Funktion der Bandgeschwindigkeit ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Änderungen von Walzspalthöhen in dem letzten Walzgerüst (7) und in einem oder mehreren vorgelagerten Walzgerüsten (5, 6) mittels des Prozessmodells (9) durch Änderungen von Drehzahlen von Arbeitswalzen des letzten Walzgerüsts (7) bzw. des einen oder der mehreren vorgelagerten Walzgerüste (5, 6) kompensiert werden, wobei die Drehzahlen unter Verwendung eines ermittelten oder in dem Prozessmodell (9) enthaltenen Massenflusses durch die Walzstraße (3) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Prozessmodells (9) Voreilungsänderungen des Metallbands (2) bei einer Korrektur der Bandgeschwindigkeit berücksichtigt werden, wenn das Prozessmodell (9) eine Abweichung der Bandumformung und/oder der Walzgeschwindigkeit in dem letzten Walzgerüst (7) aufgrund eines Eingriffs eines Stellglieds einer anderweitigen Regelungseinrichtung der Walzstraße (3) ermittelt hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusammenhang zwischen der Bandumformung und/oder der Abkühlrate des Metallbands (2) durch wenigstens ein Kühlmedium und durch wenigstens eine feste Walzstraßenkomponente und/oder der Walzgeschwindigkeit in dem letzten Walzgerüst (7) einerseits und der Auslauftemperatur andererseits mithilfe von Temperaturmessungen an dem aus der Walzstraße (3) auslaufenden Metallband (2) adaptiert wird.
Steuervorrichtung (4) zum Einstellen einer Auslauftemperatur eines aus einer wenigstens zweigerüstigen Walzstraße (3) auslaufenden Metallbands (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (4) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 so eingerichtet ist, dass die Auslauftemperatur mittels eines Prozessmodells (9) unter Berücksichtigung eines Zusammenhangs zwischen einer Bandumformung und/ oder einer Abkühlrate des Metallbands (2) durch wenigstens ein Kühlmedium und durch den Kontakt des Metallbands (2) mit wenigstens einer festen Walzstraßenkomponente und/oder einer Walzgeschwindigkeit in einem letzten Walzgerüst (7) der Walzstraße (3) einerseits und der Auslauftemperatur andererseits eingestellt wird, wobei nach einer unter Verwendung des Prozessmodells (9) erfolgten Ermittlung einer eingriffsbedingten Abweichung der Bandumformung und/oder der Walzgeschwindigkeit in dem letzten Walzgerüst (7) von in dem Zusammenhang enthaltenen Setzwerten für die Bandumformung und/oder die Walzgeschwindigkeit in dem letzten Walzgerüst (7) mittels des Prozessmodells (9) eine mit der eingriffsbedingten Abweichung verbundene Abweichung der Auslauftemperatur von einer in dem Zusammenhang enthaltenen Solltemperatur ermittelt wird, wobei die Bandumformung in dem letzten Walzgerüst (7) und in einem oder mehreren vorgelagerten Walzgerüsten (5, 6) der Walzstraße (3) mittels des Prozessmodells (9) in Abhängigkeit der Abweichung der Auslauftemperatur derart geändert wird, dass die Auslauftemperatur der Solltemperatur entspricht.
Steuervorrichtung (4) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung so eingerichtet ist, dass das Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10 durchgeführt wird.
Walzanlage (1) zum Walzen eines Metallbands (2), aufweisend wenigstens eine wenigstens zweigerüstige Walzstraße (3) und wenigstens eine Steuervorrichtung (4) zum Einstellen einer Auslauftemperatur des aus der Walzstraße (3) austretenden Metallbands (2), wobei die Walzstraße wenigstens eine feste Walzstraßenkomponente für den Kontakt mit dem Walzband (2) und Mittel zur Beaufschlagung des Metallbandes (2) mit einem Kühlmittelmedium aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (4) nach Anspruch 11 oder 12 ausgebildet ist.