Verfahren zum Betrieb einer Konti-Glühe für die Verarbeitung eines Walzguts

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Konti- Glühe für die Verarbeitung eines Walzguts, insbesondere eines metallischen Bands. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm, eine Steuereinrichtung für eine Konti-Glühe sowie eine Konti-Glühe.

Nach dem Warm- und Kaltwalzen eines metallischen Bands z.B. aus Stahl, wird das Band einer Wärmebehandlung unterzogen, um im Band gewünschte Werkstoffeigenschaften einzustellen. In- dustriell erfolgt die Wärmebehandlung z.B. in einer so ge ^¬ nannten Konti-Glühe (engl, continuous annealing line) . In der Konti-Glühe wird das Band abgewickelt und durchläuft kontinu ^¬ ierlich einen Ofen. Bei der Wärmebehandlung in der Konti-Glühe wird angestrebt bei einem möglichst großen Durchsatz die einzelnen Bänder mit möglichst gleichbleibender, hoher Qualität sowohl innerhalb eines Bands als auch von Band zu Band zu veredeln. Dafür wer ^¬ den für jede Stahlgüte die Prozessparameter beim Glühprozess entsprechend eingestellt. Diese sind vor allem die Bandge ^¬ schwindigkeit und der Temperaturverlauf beim Glühen, d.h. die Temperatur der einzelnen Aufheiz- und Abkühlabschnitte innerhalb der Konti-Glühe. Diese Prozessparameter werden in der Regel vom Ofenhersteller und/oder vom Betreiber vorgegeben und bleiben meist unverändert für eine Stahlgüte. Wenn eine neue Stahlgüte hinzukommt, so werden die Prozessparameter auf der Grundlage von Prozesserfahrungen und Experimenten neu bestimmt . Aus der EP 2 177 892 AI ist ein Verfahren bekannt, bei dem auf Grund von Messdaten eines Stahlblechs an einem Dressiergerüst hinter einer Konti-Glühe-Linie mechanische Eigenschaf ^¬ ten des Stahlblechs berechnet und an einen Benutzer weiterge- leitet werden. Der Benutzer kann die Information über die berechneten mechanischen Eigenschaften verwenden, indem er z.B. die Betriebsbedingungen der Stahl-Produktionslinie anpasst. Es erfolgt dabei eine Feedback-Steuerung, welche sich erst auf neue Abschnitte des Stahlblechs auswirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine präzise Rege ^¬ lung eines Glühprozesses zu ermöglichen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Konti-Glühe für die Verarbeitung eines Walzguts, insbesondere eines metallischen Bands, wobei im Hinblick auf eine modellprädiktive Regelung

- als Eingangsgröße mindestens eine Eigenschaft des Walzgutes bezogen auf mindestens einen Punkt oder mindestens einen Ab ^¬ schnitt des Walzguts einem computergestützten Modell (zuge ^¬ führt wird, wobei sich der mindestens eine Punkt oder der mindestens eine Abschnitt des Walzguts vor oder in der Konti- Glühe befindet,

- mit Hilfe des computergestützten Modells mindestens eine

Materialeigenschaft des Walzguts nach dem Konti-Glühe-Prozess simuliert wird,

- die simulierte Materialeigenschaft mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird,

- und bei Abweichungen der simulierten Materialeigenschaft vom Sollwert mindestens eine Prozessgröße des Konti-Glühe- Prozesses geregelt wird, solange der mindestens eine Punkt oder der mindestens eine Abschnitt des Walzguts sich vor oder in der Konti-Glühe befindet.

Die Erfindung basiert auf der Idee, ein computergestütztes Modell zur Verfügung zu stellen, welches sich für eine modellprädiktive Regelung des Konti-Glühe-Prozesses eignet, so dass die Regelung auf Basis der simulierten Ergebnisse für die Materialeigenschaft erfolgt. Das computergestützte Modell modelliert die Materialeigenschaften des Walzguts nach der Konti-Glühe. Das Modell enthält dabei insbesondere einen oder mehrere einstellbare Modellparameter. Solche Modellparameter sind z.B. eine Geschwindigkeit des Kornwachstums oder eine Geschwindigkeit der Phasenumwandlung des Metallbands. Als Eingangsgrößen für das Modell dienen Eigenschaften des Walzguts, wie z.B. seine Legierungsanteile oder wenigstens die Stahlgruppe, seine Oberflächenrauhigkeit, seine Dicke und/oder seine Korngröße vor der Konti-Glühe. Die Eingangs ^¬ größen sind somit insbesondere bandspezifisch. Die Eingangs- große kann sich dabei jedoch auf mehrere Punkte oder Ab ^¬ schnitte des Bands, insbesondere auf das gesamte Band, bezie ^¬ hen, z.B. wenn die Eingangsgröße die chemische Zusammenset ^¬ zung des Stahls bzw. die Stahlgruppe ist. Das Modell simuliert den Konti-Glühe-Prozess und dabei werden die Qualitätsparameter des Walzguts nach der Konti-Glühe vorhergesagt. Der Sollwert stellt dabei insbesondere eine Quali ^¬ tätsnorm oder eine gewünschte Qualität dar. Der Sollwert kann hierbei auch ein Bereich und nicht nur ein absoluter Wert sein. Bei einem Vergleich der simulatorisch vorhergesagten Materialeigenschaften mit vorgegebenen Sollwerten für die vorliegende Stahlgüte kann sich unter Umständen eine Diffe ^¬ renz ergeben, die es zu minimieren gilt. Dabei werden die Prozessparameter des Konti-Glühe-Prozesses , wie z.B. die Bandgeschwindigkeit im Ofen oder der Temperaturverlauf wäh ^¬ rend der Wärmebehandlung entsprechend verändert. Es erfolgt somit eine kontinuierliche Regelung der Prozessparameter in Echtzeit, die zu einer gewünschten Qualität des Walzguts führt .

Bei der vorgeschlagenen modellprädiktiven Regelung wird also nicht auf die tatsächlichen Eigenschaften des Walzguts nach der Konti-Glühe geregelt, sondern es wird auf ein mit Hilfe des computergestützten Modells vorhergesagtes Ergebnis für die Materialeigenschaften geregelt. Das Ergebnis für die Ma ^¬ terialeigenschaften des Walzguts nach der Wärmebehandlung wird somit bereits berechnet, wenn ein Punkt oder Abschnitt des Walzguts, für den die Eingangsgrößen ermittelt sind, sich vor bzw. noch am Anfang des Konti-Glühe-Prozesses befindet, bzw. wenn die Eingangsgröße sich auf das gesamte Walzgut be ^¬ zieht, bevor ein Teil des Walzguts die Konti-Glühe durchlau ^¬ fen hat. Damit ist eine optimale Steuerung bzw. Regelung der Prozessparameter während der Wärmebehandlung in der Konti- Glühe möglich, die zu einer genauen Kontrolle der nach der Wärmebehandlung einzustellenden Materialeigenschaften führt.

Ergänzend zu den bandspezifischen Eingangsgrößen wird vor- teilhafterweise als Eingangsgröße zusätzlich mindestens eine Prozessgröße eines Vorprozesses der Konti-Glühe verwendet. Vorprozesse sind in diesem Fall z.B. ein Warmwalzen oder ein Kaltwalzen des Walzguts. Als Eingangsgröße kann dabei bei ^¬ spielsweise eine Haspeltemperatur verwendet werden oder die Walzkräfte in einer vorgeordneten Fertigstraße. Auch hierbei kann sich die Eingangsgröße insbesondere auf das gesamte Band beziehen .

Ebenfalls können die zu regelnden Prozessgrößen wie bei- spielsweise die Temperatur in der Konti-Glühe dem Modell als Eingangsgröße zugeführt werden. Die zu regelenden Prozessgrö ^¬ ßen oder andere mit diesen korrelierten Größen werden dabei insbesondere gemessen. Die mindestens eine Eingangsgröße kann gemessen werden oder aus Mess- oder Simulationsdaten der Vorprozesse extrahiert werden. Nach einer bevorzugten Variante wird die Eingangsgrö ^¬ ße insbesondere unmittelbar vor der Konti-Glühe gemessen. Be ^¬ vorzugt wird die Eingangsgröße durch eine Messung der magne- tischen Remanenz oder der Oberflächenrauhigkeit des Walzguts ermittelt. Entsprechend ist vor der Konti-Glühe eine Vorrich ^¬ tung zur Bestimmung der magnetischen Remanenz oder der Oberflächenrauhigkeit vorgesehen. Der Vorteil dieser Messungen ist, dass sie zerstörungsfrei sind und dass sie am laufenden Band durchgeführt werden können. Die magnetische Remanenz stellt den Restmagnetismus dar, den das zuvor magnetisierte Walzgut nach Entfernen des Magnetfeldes behält. Die magneti ^¬ sche Remanenz des Walzguts ist mit Materialeigenschaften des Walzguts korreliert, so dass über die magnetische Remanenz insbesondere eine Korn- oder Partikelgröße der Metallstruktur des Walzguts ermittelt wird, die als Eingangsgröße dem Modell zugeführt wird.

Alternativ oder ergänzend zur direkten oder indirekten Messung von Eigenschaften des Walzguts, die als Eingangsgrößen verwendet werden, wird die Eingangsgröße, unabhängig davon, ob sie eine band- oder prozessspezifische Größe ist, nach ei- ner weiteren bevorzugten Variante aus Prozessdaten des Vorprozesses ermittelt. Beim Vorprozess, z.B. beim Kaltwalzen, werden unter Umständen ebenfalls Modelle zur Berechnung bestimmter Walzguteigenschaften bzw. zur Regelung von Prozessparametern angewendet. Aus den Prozessdaten dieser Modelle werden Informationen über die Eingangsgrößen für die mo- dellprädiktive Regelung der Konti-Glühe gewonnen.

Sowohl bei den gemessenen als auch bei den berechneten Eingangsgrößen kann es vorkommen, dass diese nicht exakt be- stimmt werden können, wobei jedoch ein Bereich ermittelt wird, in dem sie sich bewegen (z.B. nach Art einer Häufigkeitsverteilung) . Wenn lediglich ein Bereich für die Eingangsgröße bestimmt wird, wird vorteilhafterweise die mindes ^¬ tens eine Prozessgröße ausgehend vom ungünstigsten Wert im Bereich geregelt. Die Regelung erfolgt dann derart, dass ein möglichst großer Bereich der möglichen Eingangsgrößen- Schwankungen abgedeckt ist, d.h. es wird insbesondere über den gesamten Bereich der Eingangsgröße modelliert, um den ungünstigsten Wert in diesem Bereich zu ermitteln, und schließ- lieh wird mit diesem Wert geregelt. Beispielsweise wird als Eingangsgröße ein Perlit-Lamellenabstand verwendet. Es gilt, dass je geringer der Lamellenabstand, desto geringer die er ^¬ forderliche Glühzeit zur Austentisierung des Stahles ist. Wenn der Lamellenabstand nicht exakt bestimmt werden kann, jedoch in einem Schwankungsbereich ermittelbar ist, gemäß der vorgeschlagenen modellprädiktiven Regelung wird dabei ausgehend vom ungünstigsten möglichen Perlit-Lamellenabstand in- nerhalb des Schwankungsbereichs die Glüh-Zeit zur Austenti- sierung vorhergesagt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung umfasst das Modell einen oder mehrere Modellparameter und die simulierte Materialei ^¬ genschaft nach dem Konti-Glühe-Prozess wird gemessen und bei einer Abweichung der simulierten Materialeigenschaft von der gemessenen Materialeigenschaft wird mindestens ein Modellpa ^¬ rameter angepasst. Wird z.B. nach der Konti-Glühe eine klei- nere Korngröße als simuliert ermittelt, so kann im Modell die Geschwindigkeit des Kornwachstums entsprechend verringert werden .

Zweckdienlicherweise wird mit Hilfe des rechnerischen Modells als Materialeigenschaft eine Oberflächenrauhigkeit, eine Streckgrenze und/oder eine Zugfestigkeit des Walzguts berech ^¬ net. Für diese Materialeigenschaften gibt es in der Regel festgelegte Qualitätsnormen, welche bei der Simulation als Sollwert herangezogen werden.

Bevorzugt wird im Hinblick auf eine indirekte Bestimmung der Materialeigenschaft eine Zwischengröße mittels des Modells berechnet, wobei die Zwischengröße mit der Materialeigen ^¬ schaft korreliert ist. Beispielsweise ist die Zwischengröße die Korngröße des Walzguts nach dem Konti-Glühe-Prozess. Die ^¬ se Korngröße wird im Modell simuliert und auf Basis der Korn ^¬ größe werden die gewünschten Materialeigenschaften, wie z.B. Streckgrenze oder Zugfestigkeit, bestimmt. Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch ein Computerprogramm, das einen Maschinencode umfasst, der von einer Steuereinrichtung für ein Walzwerk unmittelbar abarbeitbar ist und dessen Abarbeitung durch die Steuereinrichtung bewirkt, dass die Steuereinrichtung ein Verfahren nach einer der obigen Ausführungen ausführt. Das Computerprogramm ist bevorzugt auf einem Datenträger in maschinenlesbarer Form gespeichert . Die Aufgabe wird zudem erfindungsgemäß gelöst durch eine Steuereinrichtung die derart ausgebildet ist, dass sie im Be ^¬ trieb ein Verfahren nach den oben genannten Ausführungen ausführt .

Schließlich ist die Aufgabe durch eine Konti-Glühe gelöst, die von einer derartigen Steuereinrichtung gesteuert wird.

Die im Zusammenhang mit dem Verfahren angeführten Vorteile und bevorzugten Ausführungen lassen sich sinngemäß auf das Computerprogramm, die Steuereinrichtung und die Konti-Glühe übertragen .

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer

Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt die einzige Figur schematisch und stark vereinfacht ein Verfahren zum Betrieb einer Konti-Glühe 2, die zusammen mit einem Dressiergerüst 4 Teil einer Behandlungslinie 6 ist. In der Behandlungslinie 6 wird ein Walzgut, hier ein Band 8 aus Stahl, einer Wärmebe- handlung unterzogen. Die Regelung der Konti-Glühe 2 sowie des Dressiergerüsts 4 erfolgt dabei mit Hilfe einer Steuerein ^¬ richtung 10, welche ein Modell 12 umfasst.

Beim Einlaufen eines bestimmten Punktes oder Abschnitts des Bands 8 in die Konti-Glühe 2 werden Eingangsgrößen E bezogen auf diesen Punkt oder Abschnitt des Bands dem Modell 12 zuge ^¬ führt. Die Eingangsgröße E ist insbesondere eine Materialei ^¬ genschaft des Bandes wie z.B. chemische Zusammensetzung, die Oberflächenrauhigkeit oder die Korngröße des Bands 8. Die Eingangsgröße kann sich auf einen Punkt, auf einen Abschnitt des Bandes oder alternativ auf das gesamte Band beziehen. Als Minimalerfordernis soll zumindest die Stahlgüte des Bands 8 die Eingangsgröße E bilden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird als Eingangsgröße E die Zugfestigkeit und/oder Streckgrenze des Bands 8 verwendet, die indirekt über die magnetische Remanenz des Bands 8 be ^¬ stimmt wird. Die magnetische Remanenz wird mit Hilfe der Messvorrichtung 16, wie unmittelbar vor der Konti-Glühe 2 angeordnet ist, gemessen. Ein Messsignal 18 wird der Steuerein ^¬ richtung 10 zugefügt und das Messsignal 18 wird in der Steu ^¬ ereinrichtung 10 bearbeitet, so dass die gewünschte Eingangs- große E ermittelt wird. Direkt und zerstörungsfrei kann als Eingangsgröße E auch die Oberflächenrauhigkeit des Bands 8 gemessen werden.

Die Korngröße des Bands 8 sowie weitere Eingangsgrößen, wie z.B. ein Perlit-Lamellenabstand, können ebenfalls aus Pro ^¬ zessdaten eines Vorprozesses 14 gewonnen werden, was in der Figur durch einen Pfeil 20 angedeutet ist. Aus dem Vorprozess 14 können für das Modell 12 nicht nur bandspezifische Daten herangezogen werden, sondern ebenfalls prozessspezifische Da- ten wie z.B. die Walzkräfte eines vorgeordneten Walzgerüsts bzw. die einzelnen Banddicken in den verschiedenen Stadien der Bandbearbeitung. Der Vorprozess ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Kaltwalz-Prozess . Beim Kaltwalzen können ebenfalls Modelle zum Simulieren des Prozesses verwendet wer- den, welche Daten D erhalten, die unmittelbar oder mittelbar als Eingangsgrößen E für das Modell 12 verwendet werden können .

Ergänzend zu den bandspezifischen Eingangsgrößen E können auch prozessspezifischen Größen der Konti-Glühe 2 wie beispielsweise eine Temperatur eines Inertgases im Ofen der Kon ^¬ ti-Glühe 2 weitere Eingangsgrößen für das Modell 12 bilden.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Eingangsgrößen E sowohl durch Messungen als auch durch die Prozessdaten D aus dem Vorprozess 14 gewonnen. Denkbar ist jedoch auch, die Eingangsgrößen E nur durch eine dieser beiden Vorgehensweisen zu bestimmen . Auf Basis der Eingangsgrößen E wird im Modell 12 eine Materialeigenschaft ME des Bands 8 nach der Konti-Glühe 2 simu ^¬ liert. Die Materialeigenschaft ME ist z.B. eine Streckgrenze oder eine Zugfestigkeit des Bands 8 nach dem Dressiergerüst 4. Die Materialeigenschaft ME nach dem Glühen wird somit noch zu Beginn oder während der Wärmebehandlung in der Konti-Glühe 2 vorhergesagt. Die simulierte Materialeigenschaft ME wird mit einem vorgegeben Sollwert SW verglichen, um zu überprü- fen, ob die Materialeigenschaft ME den Qualitätserfordernis ^¬ sen genügt. Sollte die simulierte Materialeigenschaft ME vom Sollwert SW abweichen, wird mindestens eine Prozessgröße der Behandlungslinie 6 bzw. der Konti-Glühe 2 gesteuert oder ge ^¬ regelt. Solche Prozessgrößen sind z.B. die Bandgeschwindig- keit V in der Konti-Glühe 2 oder in den restlichen Bereichen der Behandlungslinie 6 sowie der Temperaturverlauf T in der Konti-Glühe 2, wobei unter Temperaturverlauf T sowohl der räumliche als auch der zeitliche Temperaturverlauf zu verste ^¬ hen ist. Durch ein Steuersignal S wird in der Figur eine Än- derung von Prozessparametern des Dressiergerüsts 4 veranschaulicht .

Wenn eine Eingangsgröße E nicht genau bestimmt werden kann, sondern lediglich ein Bereich bekannt ist, in dem die Ein- gangsgröße E liegt, wird die Simulation mit Hilfe des Modells 12 insbesondere für alle und wenigstens für beide Grenzen des Bereichs durchgeführt. Für die Wärmebehandlung in der Konti- Glühe 2 wird dabei die Simulation mit dem ungünstigsten Wert des Bereichs für die Eingangsgröße E herangezogen und ent- sprechend wird mindestens ein Prozessparameter T, V, S, ein ^¬ gestellt.

Das Modell 12 umfasst eine Reihe von Modellparameter MPi, MP ₂ , ..·, MP _n auf deren Basis die Simulation der Materialei- genschaft ME nach der Wärmebehandlung durchgeführt wird. Mo ^¬ dellparameter MP sind z.B. die Geschwindigkeit des Kornwachs ^¬ tums während der Wärmebehandlung oder ein Korrekturfaktor für die Geschwindigkeit der Phasenumwandlung. Die Modellparameter MP sind im gezeigten Ausführungsbeispiel einstellbar und werden in Abhängigkeit von einer tatsächlichen, gemessenen Materialeigenschaft angepasst. Beispielswei ^¬ se ist unmittelbar nach dem Dressiergerüst 4 ebenfalls eine Messvorrichtung 16 zur Bestimmung der magnetischen Remanenz vorgesehen. Ein Messsignal 20 wird der Steuereinrichtung 10 zugeführt. Auf Basis des Messsignals 20 wird in der Steuer ^¬ einrichtung 10 die tatsächliche Streckgrenze und/oder Zugfes- tigkeit des Bands 8 im Bereich des Dressiergerüsts 4 indirekt bestimmt. Die somit indirekt gemessene Streckgrenze wird mit der Streckgrenze verglichen, die simuliert wurde, als dieser Bandabschnitt sich am Anfang der Konti-Glühe befand. Bei Ab ^¬ weichungen der simulierten Streckgrenze von der gemessenen Streckgrenze werden ein oder mehrere Modellparameter MP ange- passt, um die Präzision bei der modellprädiktiven Regelung der Wärmebehandlung des Stahlbands 8 zu erhöhen.

Dank der oben beschriebenen modellprädiktiven Regelung der Konti-Glühe 2 erfolgt eine kontinuierliche Echtzeitanpassung der aktuellen Prozessparameter T, V, S an die bandspezifischen Eingangsparameter E wodurch eine genauere Kontrolle der Materialeigenschaften (z.B. Streckgrenze, Zugfestigkeit) so ^¬ wohl innerhalb des Bands als auch von Band zu Band erreicht wird. Alternativ oder ergänzend zur Regelung auf Qualitätspa ^¬ rameter kann mittels des Modells der Durchsatz durch die Behandlungslinie 6 gesteigert und damit der Energieverbrauch gesenkt werden.