Gebiet: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern oder Regeln der Temperatur eines Stahlbandes bei der Warmumformung in einer Warmbandstraße.

Stand der Technik:

Die Warmumformung eines Stahlbandes findet üblicherweise in einer Warmbandstraße statt. Diese besteht aus unterschiedlichen einzelnen Aggregaten wie z. B. Öfen, Walzgerüsten, Antrieben, Ab- und Aufwickeleinrichtungen des Stahlbandes oder Kühlstrecken. Für die Steuerung bzw. Regelung derartiger Aggregate ist eine Vielzahl von unterschiedlichen Vorrichtung oder Verfahren bekannt. Diese Steuerungen bzw. Regelung basieren im Wesentlichen auf einem Soll-Ist-Wertvergleich und einem Ableiten von entsprechenden Korrekturmaßnahmen zum Einhalten des Sollwertes. Dabei werden die einzuhaltenden Sollwerte auf Basis von Erfahrungswissen und / oder vorhergehenden Prozessanalysen definiert. Weiterhin wird üblicherweise im Vorfeld ein Zusammenhang zwischen Produkteigenschaften des Stahlbandes und den einzustellenden Sollwerten des Aggregates gebildet. Üblicherweise ist bei der Herstellung des Stahlbandes ein komplexer Zusammenhang zwischen verschiedensten Sollwerten und anzustrebenden Produkteigenschaften gegeben.

Durch die zunehmende Digitalisierung der Anlagentechnik werden für die Entwicklung geeigneter Sollwerte die zu den gewünschten Produkteigenschaften führen, aggregatbezogene Prozessmodelle verwendet. In Abhängigkeit vom Datenstand, Komplexität der Zusammenhäng und / oder Aufwand werden dafür beispielsweise statistische Modelle, analytische Modelle oder neuronale Netze für diese aggregatbezogenen Prozessmodelle verwendet. Nachteilig bei derartigen Regelungskonzepten für Warmbandstraßen aufweisend mehrere Aggregate ist, dass Wechselwirkungen bei Änderung von Sollwert- Vorgaben oder Ist-Werten über die verschiedenen Aggregate nicht durch die aggregatbezogenen Prozessmodelle und / oder Steuerungen bzw. Regelungen der Aggregate abgebildet werden. Insbesondere bei der Herstellung von Stahlbändern mit hohen Anforderungen an die Werkstoffgüte kann die komplexe Wechselwirkung von Zeit, Temperatur, Gefügeentwicklung und durch diese quasistatischen Einzelaggregatregelungen schwer optimiert werden. Weiterhin ist die Steuerung bzw. Regelung von Einzelaggregaten einer Warmbandstraße dahingehend von Nachteil, dass eine Optimierung der Prozessführung des Einzelaggregates nicht immer zwingend zur Optimierung des gesamten Herstellungsprozesses führt. Insbesondere in kombinierten Anlagen mit beispielsweise Stranggussanlagen können durch dynamischere Prozessführungen Energie- und Herstellungskosten eingespart werden.

Aufgabe der Erfindung:

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Steuerung bzw. Regelung einer Warmbandstraße dahingehend weiterzuentwickeln, dass anlagenübergreifend die Sollwert-Vorgaben für die Einzelaggregate im Hinblick auf beispielsweise Produkteigenschaften eines Stahlbandes optimiert werden.

Erfindung: Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Auf einem einer Warmbandstraße zugeordneten Datenverarbeitungssystem speichert und / oder tauscht ein übergeordnetes Prozessmodell Soll- und / oder Ist-Wert, aufweisend Zeiten, Geschwindigkeiten, Temperatur, Abkühlraten und/oder Aufheizraten, mit zumindest zwei Steuerungen oder Regelungen der Aggregate online aus. Das übergeordnete Prozessmodel bestimmt auf Basis der ausgetauschten Soll- und / oder Istwerte und / oder gespeicherten Werten und mit Hilfe von untergeordneten Prozessmodellen, wie beispielsweise ein Temperaturmodell des Ofens, Temperaturmodell der Kühlstrecke oder ein Modell der Umformung in der Warmbandstraße, die Temperatur des Stahlbandes für zumindest einen Punkt vor dem Aufhaspeln des Warmbandes online voraus. Das übergeordnete Prozessmodell ermittelt bei Abweichungen der vorausbestimmten Temperatur von einer Sollwert-Vorgabe an diesem Punkt neue Sollwert-Vorgaben der Aggregate, übergibt die Sollwert- Vorgaben an die Steuerung oder Regelung des Aggregates, um die Sollwert- Vorgabe für die Temperatur des Stahlbandes einzuhalten. Die Ermittlung der neuen Sollwert-Vorgaben erfolgt mit Hilfe von einem zumindest ein untergeordnetes Prozessmodell einschließenden Optimierungsalgorithmus.

Das übergeordnete Prozessmodell bildet auf Basis der Soll- und/oder Istwerte der Aggregate einen aktuellen Produktionszustand des Stahlbandes ab. Durch geeignete Prozessmodelle, wie z. B. Energie- und Stoffbilanzen für einen

Homogenisierungsofen oder ein statistisches Modell für diejenige

Gefügeentwicklung eines Stahlbandes, bestimmt das übergeordnete Prozessmodell die Entwicklung eines Temperaturverlaufes vor beispielsweise dem Aufhaspeln in die Zukunft. Hierdurch kann ein Unterschied zwischen Sollwert- Vorgabe für dieses Einzelaggregat und einer möglichen Abweichung frühzeitig erkannt werden. Ein im übergeordneten Optimierungsmodell ablaufender Optimierungsalgorithmus kann Sollwert-Vorgaben dahingehend optimieren, dass die Sollwert-Vorgabe des Warmbandes vor dem Aufhaspeln unter

Berücksichtigung im Vorfeld festgelegter Optimierungsziele erreicht wird. Die im Vorfeld festgelegten Optimierungsziele können beispielsweise Produktionsziele, insbesondere Energiemengen, Produktionsmengen oder Qualitätsziele sein.

Bevorzugte Ausprägungen des Verfahrens sind in den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 14 dargestellt. Gemäß dem Anspruch 2 ist es bevorzugt, dass das Vorprodukt einer Bramme mit einer Dicke d _ß ^ 1 mm bis d _ß < 300 mm, bevorzugt d _ß > 50 mm bis d _B < 160 mm aus einer Gießmaschine ist und dass das übergeordnete Prozessmodell eine Gießgeschwindigkeit, vorzugsweise zwischen V _G — 4 m/min und V _G ^ 6 m/min, mehr bevorzugt V _G ^ 5 m/min und V _G ^ 6 m/min und eine Gießmaschinenauslauftemperatur, vorzugsweise TGE ^ 800°C, der Bramme bei der Bestimmung der Soll-Vorgaben berücksichtigt.

Bevorzugt umfasst, gemäß dem Anspruch 3, das Optimierungsziel den Energieverbrauch, die Produktionsmenge, die Prozesssicherheit, Produkteigenschaften, Produktionskosten und/oder den Anlagenverschleiß diese Ziele, die bevorzugten Führungsgrößen im Stahlherstellungsbereich ab.

Weiterhin ist es, gemäß dem Anspruch 4, bevorzugt, wenn ein untergeordnetes Prozessmodell die Gefügeentwicklung des Stahlbandes in der Warmbandstraße für zumindest einen Punkt, vorzugsweise vor dem Haspeln des Warmbandes, bestimmt. Neben der optimierten Temperaturführung ist die daraus resultierende Gefügeentwicklung für die weiteren Werkstoffeigenschaften und / oder Verarbeitung des Stahlbandes entscheidend. Die genauere Steuerung bzw. Regelung der Gefügeentwicklung im Prozessverlauf ermöglicht es, frühzeitig auf Abweichungen zu reagieren und die Ausschussmengen und / oder

Nachbehandlungen zu reduzieren.

Bei der Warmumformung werden, gemäß dem Anspruch 5, idealerweise ein Vorgerüst und ein Fertiggerüst verwendet. Durch die Aufteilung der Warmumformung in ein Vorgerüst und ein Fertiggerüst können vorteilhafte Temperaturverteilungen und -abfolgen eingestellt werden und diese auch durch eine größere Anzahl von Mess- und Regelpunkten besser abgebildet werden. Dadurch kann das übergeordnete Prozessmodell besser auf Abweichungen reagieren. Weiterhin sind dadurch mehr Möglichkeiten zum Eingriff in Sollwert- Vorgaben des Warmwalzens gegeben. Bevorzugt ist es, gemäß dem Anspruch 6 und 7, dass für den Sollwert der Einlauftemperatur in das Fertiggerüst ein Temperatursollwert von TFS ^ 850°C bis TFS ^ 1050°C, vorzugsweise TFS ^ 900°C bis TFS ^ 1000°C, noch mehr bevorzugt TFS ^ 900°C bis TFS ^ 950°C durch das übergeordnete Prozessmodell vorgegeben wird. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn für den Sollwert der Auslauftemperatur aus dem Fertiggerüst ein Temperatursollwert innerhalb von TFE ^ 750°C bis TFE ^ 950°C, vorzugsweise TFE ^ 750°C bis TFE ^ 900°C, noch mehr bevorzugt

TFE ^ 800°C bis TFE ^ 850°C durch das übergeordnete Prozessmodell vorgegeben wird.

Für den Sollwert der Einlaufgeschwindigkeit in das Fertiggerüst wird, gemäß dem Anspruch 8, bevorzugt ein Geschwindigkeitssollwert von V _F ^ 0,4 m/s bis V _F ^ 1 m/s durch das übergeordnete Prozessmodell vorgegeben.

Gemäß dem Anspruch 9 und 10 ist für den Sollwert der Einlauftemperatur in das Vorgerüst ein Temperatursollwert von Tvs ^ 1000°C bis Tvs ^ 1150°C durch das übergeordnete Prozessmodell vorgegeben. Der Sollwert für die Auslauftemperatur aus dem Vorgerüst wird durch das übergeordnete Prozessmodel in einem Temperaturbereich von TVE ^ 950°C bis TVE ^ 1100°C vorgegeben.

Idealerweise wird, gemäß dem Anspruch 11 und 12, für den Sollwert der Einlaufdicke in das Fertiggerüst ein Sollwert von Ü _FS ^ 20 mm bis Ü _FS ^ 70 mm durch das übergeordnete Prozessmodell vorgegeben. Der Sollwert der Flaspeltemperatur wird bevorzugt durch das Prozessmodell in dem Bereich von TH ^ 30°C bis TVE ^ 750°C, mehr bevorzugt TH ^ 450°C bis TH ^ 550°C vorgegeben.

Gemäß dem Anspruch 13 ist es bevorzugt, wenn das Legierungselement C auf einen Gehalt von 0,03 Gew.-% bis 0,15 Gew.-% und/oder Mangan auf einen Gehalt von 0,50 Gew.-% bis 2,00 Gew.-% im Stahlband beschränkt ist. Gemäß dem Anspruch 14 ist es bevorzugt, wenn die optimierten Sollwert- Vorgaben für die Herstellung eines nachfolgenden Warmbandes mit gleichen Produktionszielen, insbesondere mechanischen Eigenschaft verwendet werden. Flierdurch können bereits existierende optimierte Prozessabläufe, die durch die entsprechenden Sollwert-Vorgaben beschrieben sind, auf Weiterproduktion des gleichen Werkstoffes oder Stahlbandtyps bezogen werden. Dies spart Optimierungszeit und ermöglicht es, auf schleichende Anlagenänderungen im Vorfeld zu reagieren.

Bevorzugt ist, gemäß dem Anspruch 15, auf einem der Warmbandstraße zugeordneten Datenverarbeitungssystem, ein übergeordnetes Prozessmodell Soll- und / oder Ist-Werten, aufweisend Zeiten, Geschwindigkeiten, Temperatur, Abkühlraten und / oder Aufheizraten, mit zumindest zwei Steuerungen oder Regelungen der Aggregate online austausch- und / oder speicherbar. Das übergeordnete Prozessmodell bestimmt auf Basis der ausgetauschten Soll- und / oder Ist-Werten und / oder gespeicherten Werten und mit Hilfe von untergeordneten Prozessmodellen die Temperatur des Stahlbandes für zumindest einen Punkt vor dem Aufhaspeln des Warmbandes online voraus und ermittelt bei Abweichungen der vorausbestimmten Temperatur von einer Sollwertvorgabe an diesem Punkt neue Sollwertvorgaben der jeweiligen Aggregate. Die neuen Sollwertvorgaben werden vom übergeordneten Prozessmodell an die Steuerung oder Regelung des jeweiligen Aggregates übergeben, um die Sollwertvorgabe für die Temperatur des Stahlbandes einzuhalten. Dabei erfolgt die Ermittlung der neuen Sollwertvorgaben mit Hilfe von einem zumindest ein untergeordnetes Prozessmodell einschließenden Optimierungsalgorithmus.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Der Beschreibung sind die folgenden drei Figuren beigefügt: Figur 1 : Anlagenschema Warmbandstraße

Figur 2: Regelungsschema mit übergeordnetem Prozessmodell

Figur 3: Vergleich Temperaturverlauf Sollwert, Ist-Wert

Figur 1 zeigt ein mögliches Anlagenschema einer Warmbandstraße zur Fierstellung eines Warmbandes bei dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird. Die Warmbandstraße besteht aus einer Gießanlage 1, zwei Scheren 2, 10, zwei Öfen 3, 6, zwei Vorgerüsten 4, einer Transferbarkühlung 5, einer induktiven Fleizung 7, drei Fertiggerüsten 8, einer Kühlstrecke 9 und einer Flaspel 11 zum Aufwickeln des Warmbandes. Ein übergeordnetes Datenverarbeitungssystem 12 weist ein integriertes Temperatur- und Gefügemodell auf. Soll- und Istwerte werden mit den unterschiedlichen Anlagen bzw. zugeordneten Regelungen, Steuerungen und / oder Messeinrichtungen ausgetauscht und beispielsweise in Form einer Datenbank gespeichert.

Figur 2 stellt ein Ablaufdiagramm mit einer beispielhaften Vernetzung von zwei Aggregaten bzw. Regelungen der zwei Aggregate mit den jeweiligen Prozessmodellen dar. Das übergeordnete Datenverarbeitungssystem I übergibt Sollwerte an das übergeordnete Prozessmodell II der Warmbandstraße. Aus diesen Sollwerten, beispielsweise eine Festigkeit, ermittelt das übergeordnete Prozessmodell II eine Anzahl von Sollwerten oder Sollwertbereichen, beispielsweise ein Temperaturverlauf mit jeweils min. und max. Temperaturen, die an die untergeordneten Prozessmodelle lila, b übergeben werden. Die untergeordneten Prozessmodelle III a, b leiten daraus spezifische Sollwerte für das jeweilige Aggregat ab. Beispielsweise wird aus einer vorgegebenen Temperaturkurve mit zugeordneten Zeitpunkten eine Sollvorgabe für eine Brennersteuerung in einem Ofen 3 oder eine Sollvorgabe für die Steuerung der Wassermenge in einer Kühlstrecke 9. Diese werden an die entsprechenden Regelungen der jeweiligen Aggregate weitergegeben. Falls die Werte innerhalb des Aggregates nicht erreicht werden, kann das untergeordnete Prozessmodell III a, b die Sollvorgabe anpassen. Ebenfalls kann hier auch eine automatische Optimierung des Prozessmodells III a, b mittels eines selbstlernenden Algorithmus erfolgen. Weicht die Ziel-Istgröße von den Zielwertvorgabe V des übergeordneten Prozessmodells II ab, wird auf der übergeordneten Ebene II die Sollwerte neu berechnet und ggf. angepasst.

Figur 3 zeigt ein Diagramm mit einem Solltemperaturverlauf B und einem gemessenen sowie vorausberechneten Temperaturverlauf A. Der Solltemperaturverlauf B beginnt mit dem Ende der Gießanlage 1 und beschreibt den Verlauf bis zur Haspel 11. Die Istwerte sind vom Ende der Gießanlage 1 bis zum Vorgerüst 4 aufgetragen. Dabei ist die gemessene Temperatur oberhalb der Solltemperatur. Das übergeordnete Prozessmodell II berechnet ab diesem Punkt die Temperaturen an den unterschiedlichen Stellen in der Warmbandstraße voraus. Auf Basis dieser Temperaturkurve können an unterschiedlichen Stellen unterschiedliche Sollwerte neu vorgegeben werden, um die Temperaurabweichung zu korrigieren. Dabei können unterschiedliche

Prozessmodelle, Werkstoff- bzw. Gefügemodelle und / oder Optimierungsalgorithmen verwendet werden, um die beste Anpassungsstrategie zu bestimmen.

Tabelle 1: Bezugszeichen