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Dokumentenidentifikation EP1732716 31.10.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001732716
Titel VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES METALLS
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder WEINZIERL, Klaus, 90480 Nürnberg, DE
DE-Aktenzeichen 502004005051
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 06.04.2004
EP-Aktenzeichen 047258801
WO-Anmeldetag 06.04.2004
PCT-Aktenzeichen PCT/DE2004/000724
WO-Veröffentlichungsnummer 2005099923
WO-Veröffentlichungsdatum 27.10.2005
EP-Offenlegungsdatum 20.12.2006
EP date of grant 19.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.10.2007
IPC-Hauptklasse B21B 37/76(2006.01)A, F, I, 20061121, B, H, EP
IPC-Nebenklasse C21D 11/00(2006.01)A, L, I, 20061121, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Metalls mit mehreren Phasenanteilen, wobei in einer Kühlstrecke das warmgeformte Metall abgekühlt wird, wobei in einem ersten Schritt unter Zuhilfenahme von Primärdaten für das Metall mittels eines Kühlstreckenmodells die Temperatur und mindestens ein Phasenanteil des Metalls an mindestens einer Stelle der Kühlstrecke berechnet wird. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Rechenvorrichtung zur entsprechenden Steuerung und Modellierung einer Kühlstrecke sowie eine entsprechende Anlage zum Herstellen eines Metalls mit mehreren Phasenanteilen.

Aus der DE 101 29 565 A1 ist ein Kühlverfahren für ein warmgewalztes Walzgut, insbesondere ein Metallband, bekannt. Bei diesem vorbekannten Verfahren wird vor der Kühlstrecke für eine Walzgutstelle eine Anfangstemperatur erfasst, anhand eines Kühlstreckenmodells und vorgegebener Soll-Eigenschaften des Walzgutes ein zeitlicher Kühlmittelmengenverlauf ermittelt, auf die Walzgutstelle gemäß dem ermittelten zeitlichen Kühlmittelmengenverlauf ein Kühlmittel aufgebracht, anhand des Kühlstreckenmodells und des zeitlichen Kühlmittelmengenverlaufs ein erwarteter zeitlicher Temperaturverlauf des Walzgutes an der Walzgutstelle über dem Walzgutquerschnitt ermittelt und zur Ermittlung des Temperaturverlaufs im Walzgut im Kühlstreckenmodell eine Wärmeleitungsgleichung gelöst, die die Enthalpie, die Wärmeleitfähigkeit, den Phasenumwandlungsgrad, die Dichte und die Temperatur des Walzgutes miteinander in Beziehung setzt. Bei dem in der DE 101 29 565 A1 beschriebenen Verfahren werden erwartete Temperaturverläufe des Metallbands mit Soll-Temperaturverläufen verglichen. Auf Grundlage dieses Vergleichs wird dann ein neuer Kühlmittelmengenverlauf berechnet.

Gemäß bekannten Verfahren hergestellte und abgekühlte warmgeformte Metalle erfüllen oftmals nicht bzw. nicht mit hinreichender Zuverlässigkeit die für ihre spätere Verwendung geforderten Eigenschaften bzw. Materialeigenschaften.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Herstellung von Metall mit hochwertigen Materialeigenschaften zu ermöglichen, wobei die geforderten Eigenschaften bzw. Materialeigenschaften des Metalls möglichst genau eingehalten werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem in einem zweiten Schritt mindestens ein Temperaturmesswert bei der Herstellung des Metalls erfasst wird und unter Zuhilfenahme des mindestens einen Temperaturmesswertes mittels des Kühlstreckenmodells an der mindestens einen Stelle der Kühlstrecke mindestens ein zu erwartender Phasenanteil des Metalls berechnet wird, wobei der im zweiten Schritt berechnete zu erwartende Phasenanteil mit dem im ersten Schritt berechneten Phasenanteil verglichen wird und dieser Vergleich zur Anpassung mindestens einer Stellgröße der Kühlstrecke verwendet wird.

Derart können auch bei schwankenden Produktionsbedingungen bei der Herstellung des Metalls die Phasenanteile am Ende der Kühlstrecke über das Metall gesehen weitestgehend konstant gehalten werden. Durch die Anpassung mindestens einer Stellgröße der Kühlstrecke werden auch Abweichungen zwischen verschiedenen Bändern mit gleichen Primärdaten weitestgehend ausgeschaltet. Im ersten Schritt wird nämlich der mindestens eine Phasenanteil derart berechnet, dass die Schwankungen der Anlage in die Berechnung nicht eingehen, d.h. es wird eine Referenzumwandlungsgrad ermittelt. Im zweiten Schritt wird auf diesen Referenzumwandlungsgrad geregelt, wobei die tatsächlich vorhandenen Schwankungen der Anlage durch Anpassung lokaler Stellgrößen der Kühlstrecke weitestgehend ausgeglichen werden. Erfindungsgemäß kann bei der Herstellung von Metall eine gleichbleibende Qualität wesentlich besser sichergestellt werden, als mit bekannten Verfahren. tall eine gleichbleibende Qualität wesentlich besser sichergestellt werden, als mit bekannten Verfahren.

Um die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter zu verbessern und um die Phasenanteile am Ende der Kühlstrecke noch zuverlässiger konstant zu halten, ist es zweckmäßig, dass sich die mindestens eine Stelle, an der im ersten bzw. im zweiten Schritt des Verfahrens mindestens ein Phasenanteil des Metalls berechnet wird, am Ende der Kühlstrecke befindet.

Alternativ wird mit Vorteil im zweiten Schritt der im zweiten Schritt berechnete zu erwartende Phasenanteil mit einem vorgegebenen Phasenanteil verglichen. In diesem Fall ist es nicht mehr notwendig, den im zweiten Schritt berechneten zu erwartenden Phasenanteil mit dem im ersten Schritt berechneten Phasenanteil zu vergleichen. Derart werden direkte Vorgaben beispielsweise eines Bedieners bei der Einstellung des Phasenanteils berücksichtigt.

Mit Vorteil wird der zweite Schritt online, d.h. in Echtzeit während der Herstellung des Metalls iterativ ausgeführt. Durch Wiederholung des zweiten Schritts, d.h. mehrmalige Messwerterfassung, Berechnung, Vergleich und ggf. Anpassung, wird die Genauigkeit des Verfahrens weiter verbessert.

Mit Vorteil wird im zweiten Schritt mindestens eine Stellgröße der Kühlstrecke entsprechend dem Vergleich durch einen Kühlstreckenregler angepasst. Der Kühlstreckenregler passt aufgrund des Vergleichs der Phasenanteile gemäß den Berechnungen aus dem ersten bzw. zweiten Schritt direkt die Stellgrößen der Kühlstrecke an. So wird eine hohe Regelgenauigkeit gewährleistet.

Alternativ ist eine kaskadierte Regelstruktur vorgesehen, wobei dem Kühlstreckenregler von einem überlagerten Phasenanteilsregler Sollwerte vorgegeben werden. Dabei passt im zweiten Schritt der Phasenanteilsregler mindestens einen Sollwert für den Kühlstreckenregler an und der Kühlstreckenregler passt unter Berücksichtigung ihm vorgegebener Sollwerte mindestens eine Stellgröße der Kühlstrecke an.

Mit Vorteil wird in mindestens einem der beiden Schritte ein Temperaturmodell verwendet, das den Temperaturverlauf des Metalls in der Kühlstrecke berechnet. Hinsichtlich der Temperatur des Metalls wird so eine besonders hohe Regelgenauigkeit erreicht.

Mit Vorteil wird das Temperaturmodell unter Zuhilfenahme des mindestens einen Messwerts adaptiert. Derart können Schwankungen bei der Herstellung des Metalls noch effektiver ausgeglichen werden.

Um die Regelgenauigkeit hinsichtlich der Phasenanteile zu verbessern, wird vorzugsweise ein Umwandlungsmodell verwendet, das den Verlauf des mindestens einen Phasenanteils in der Kühlstrecke berechnet.

Mit Vorteil wird ein Mehrphasenstahl hergestellt. Gerade bei Mehrphasenstählen, wie z.B. Dualphasenstählen oder Tripstählen, ist die Konstanthaltung der Phasenanteile und damit des Umwandlungsgrades in der Kühlstrecke besonders kritisch und wichtig. Diese Stähle weisen besonders gute Materialeigenschaften, beispielsweise für die Automobilindustrie, auf.

Mit Vorteil wird das Metall in der Kühlstrecke in mindestens zwei Kühlabschnitten abgekühlt. Derart können gewünschte Phasenanteile, insbesondere bei Mehrphasenstählen, gezielt eingestellt werden.

Vorzugsweise wird eine Haltezeit angepasst.

Mit Vorteil wird eine Haltetemperatur angepasst. Bei einer Abkühlung in mehreren Kühlabschnitten sind Größen wie Haltezeit und Haltetemperatur besonders kritisch für die Phasenanteile in Metall.

Mit Vorteil wird mindestens eine Stellgröße für Kühlmittelstellglieder angepasst. Kühlmittelstellglieder sind lokale Stellglieder der Kühlstrecke und haben daher beispielsweise keine Auswirkungen auf eine der Kühlstrecke vorgeordnete Fertigstraße. Die Fertigstraße wird somit durch die Anpassung der Stellgrößen für die Kühlmittelstellglieder nicht in ungewünschter Weise beeinflusst.

Mit Vorteil wird bei der Herstellung von Grobblech mindestens eine Stellgröße für die Geschwindigkeit des Metalls in der Kühlstrecke angepasst. Bei der Herstellung von Grobblech ist die Geschwindigkeit des Metalls in der Kühlstrecke weitestgehend unabhängig davon beeinflussbar, mit welcher Geschwindigkeit das Metall der Kühlstrecke vorgeordnete Anlagenteile durchläuft.

Mit Vorteil wird bei der Herstellung von Grobblech mindestens eine Stellgröße für eine Liegezeit des Metalls angepasst. Bei der Herstellung von Grobblech ist die Liegezeit des Metalls eine weitere lokale Stellgröße zur Einstellung der Phasenanteile des Metalls.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch gelöst durch eine Rechenvorrichtung gemäß Anspruch 16 oder 17.

Die Erfindung wird auch gelöst durch eine Anlage zum Herstellen eines Metalls mit einer Kühlstrecke und mit einer derartigen Rechenvorrichtung, wobei die Rechenvorrichtung zur Steuerung und zur Modellierung der Kühlstrecke über entsprechend ausgestaltete Schnittstellen mit Signalgebern und Stellgliedern der Kühlstrecke gekoppelt ist.

Durch die Erfindung ergeben sich besonders gleichmäßige Materialeigenschaften im Metall.

Die Vorteile hinsichtlich der Rechenvorrichtung und der Anlage ergeben sich analog zu den Vorteilen des Verfahrens.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung:

FIG 1
eine Kühlstrecke,
FIG 2
einen Temperaturverlauf
FIG 3
ein einfaches Regelsystem für die Kühlstrecke, und
FIG 4
ein kaskadiertes Regelsystem für die Kühlstrecke.

Figur 1 zeigt eine Kühlstrecke 5 und eine Rechenvorrichtung 3 zur Steuerung bzw. Regelung und Modellierung der Kühlstrecke 5. Im gezeigten Beispiel läuft ein warmverformtes Metall 1 mit einer Geschwindigkeit v in Bandlaufrichtung x aus einem Walzgerüst 4 aus. Das Walzgerüst 4 ist beispielsweise das letzte Walzgerüst einer sogenannten Fertigstraße. Der Kühlstrecke 5 kann aber auch eine andere Verformungs- bzw. Verarbeitungseinrichtung für das Metall 1 vorgeordnet sein. Die Kühlstrecke 5 und etwaige ein- oder mehrere ihr vorgeordnete Einrichtungen zur Verformung bzw. Verarbeitung des Metalls 1 sowie etwaige der Kühlstrecke 5 nachgeordnete Einrichtungen bilden eine Anlage zum Herstellen eines Metalls 1. Im gezeigten Beispiel ist der Kühlstrecke 5 eine Haspelvorrichtung 12 nachgeordnet, mit Hilfe derer das gekühlte Metall 1 zu einem Coil aufgehaspelt wird. Der Kühlstrecke 5 können jedoch auch andere in der Zeichnung nicht dargestellte Einrichtungen zur Bearbeitung und/oder Lagerung des Metalls 1 nachgeordnet sein.

Das Metall 1 ist im vorliegenden Fall Stahl im festen Aggregatszustand. Es könnte aber auch einen zumindest teilweise flüssigen Aggregatszustand aufweisen. Gemäß Figur 1 ist das Metall 1 als Metallband bzw. Bramme ausgebildet. Es sind aber auch andere Formen des Metalls 1, z.B. stabförmige Profile wie Drähte, Rohre oder U-Profile denkbar.

Zur Temperaturbeeinflussung des Metalls 1 weist die Kühlstrecke 5 ein oder mehrere Stellglieder 2 auf. Mittels des Stellglieds 2 ist - in der Regel durch Kühlen, in einzelnen Fällen aber auch durch Beheizen - direkt oder indirekt die Temperatur T des Metalls 1 beeinflussbar. Ein Stellglied 2 kann beispielsweise ein oder mehrere Ventile zum Aufbringen eines Kühlmediums auf das Metall 1 aufweisen. Als Kühlmedium kann beispielsweise Wasser oder ein Gemisch von Wasser mit anderen Substanzen verwendet werden. Die Kühlstrecke 5 wird von der Rechenvorrichtung 3 gesteuert. Insbesondere wird auch das Stellglied 2 von der Rechenvorrichtung 3 gemäß einer Stellgröße S angesteuert. Es sind Messglieder 6, 6' vorgesehen, mittels derer die Temperatur T des Metalls 1 erfasst wird. Am Eingang der Kühlstrecke, im gezeigten Beispiel hinter dem letzten Walzgerüst 4, ist ein erstes Messglied 6 zur Temperaturerfassung angeordnet. Ein weiteres Messglied 6' zur Temperaturerfassung ist am Ende der Kühlstrecke 5 bzw. im gezeigten Beispiel vor der Haspelvorrichtung 12 angeordnet.

Die Rechenvorrichtung 3 gibt Stellgrößen S an die Stellglieder 2 der Kühlstrecke. Der Rechenvorrichtung 3 werden Messwerte wie beispielsweise die Temperatur T von der Kühlstrecke 5 und/oder von der Kühlstrecke vor- bzw. nachgeordneten Einrichtungen zugeführt. Der Rechenvorrichtung 3 kann auch die tatsächliche Geschwindigkeit v des Metalls 1 zugeführt werden. Die tatsächliche Geschwindigkeit v des Metalls kann durch Messung und/oder unter Zuhilfenahme mindestens eines Modells ermittelt werden. Der Rechenvorrichtung 3 können beispielsweise auch die Drehgeschwindigkeiten der Walzen eines Walzgerüsts 4 als Messwerte und/oder berechnete bzw. modellierte Werte zugeführt werden. Der Rechenvorrichtung 3 werden außerdem sogenannte Primärdaten P zugeführt. Primärdaten P werden im Allgemeinen zur Vorausberechnung bzw. Voreinstellung einer Anlage verwendet und sind vom herzustellenden Metall 1 abhängig. Unterschiedliche Metallbänder bzw. Brammen sind in der Regel durch unterschiedliche Primärdaten charakterisiert. Primärdaten können sich auch zumindest teilweise auf die geforderten Eigenschaften des hergestellten Metalls 1 beziehen.

Figur 2 zeigt den Verlauf der Temperatur T des Metalls 1 in der Kühlstrecke 5 über die Zeit t aufgetragen. Die Zeit t bezieht sich dabei auf die Zeit, während der ein Bandpunkt des gemäß Figur 1 bandförmig vorliegenden Metalls 1 die Kühlstrecke 5 durchläuft.

Alternativ könnte man auch die Temperatur T über der Bandlaufrichtung x, also der Position in der Kühlstrecke, auftragen. Die Temperatur T wird in ihrer Eigenschaft als eine den Energieinhalt des Metalls 1 beschreibende Größe verwendet. Man könnte daher alternativ beispielsweise auch den Verlauf der Enthalpie über der Zeit t oder über der Bandlaufrichtung x betrachten.

Entscheidend für die Materialeigenschaften des hergestellten Metalls 1 bzw. Stahls sind die Phasenanteile Pi am Ende der Kühlstrecke 5 bzw. an der Haspelvorrichtung 12. Besonders entscheidend aber auch kritisch bei der Herstellung sind die Phasenanteile Pi eines Metalls 1 insbesondere bei Mehrphasenstählen, wie Dualphasen- und Tripstählen. Bei derartigen Stählen ist ein übliches Kühlverfahren eine in drei Kühlabschnitte aufgeteilte Kühlung. Dabei wird das Metall 1 in der Kühlstrecke 5 in mehreren zeitlichen Kühlphasen, Abkühlungsphasen bzw. zeitlichen Kühlabschnitten I, II, III abgekühlt.

Die zeitlichen Kühlabschnitte I, II, III können, müssen aber nicht, mit räumlichen bzw. Komponenten-bezogenen Kühlabschnitten zusammenfallen. Im ersten Kühlabschnitt I, bzw. in der ersten Abkühlungsphase, wird das Metall 1 vorzugsweise bei einer hohen Kühlrate bis zu einer Haltetemperatur TH abgekühlt. Die Haltetemperatur TH ist in der Regel vorgegeben bzw. von den Primärdaten P abhängig. In einem zweiten Kühlabschnitt II erfolgt eine Luftkühlung mit vorgegebener Haltezeit tH. Im zweiten Kühlabschnitt II nimmt die Temperatur T des Metalls 1 bzw. des Stahls nur gering ab. Anschließend erfolgt in einem dritten Kühlabschnitt III ein Abschrecken des Metalls 1 auf die Temperatur T bzw. unter die Temperatur T die am Ende der Kühlstrecke bzw. unmittelbar vor dem Aufwickeln mittels der Haspelvorrichtung 12 erreicht werden soll. Vorzugsweise wird das Metall 1 unter die Martensit-Starttemperatur abgeschreckt.

Um beispielsweise bei Dualphasenstählen ein Gefüge mit einem Phasenanteil Pi von ca. 80% Ferrit und einen Phasenanteil Pi von ca. 20% Martensit bzw. Bainit zu erhalten, wird üblicherweise ein Rest-Austenitgehalt von typisch 20% vor Beginn des Abschreckens angestrebt. Bei Tripstählen verbleibt zusätzlich ein bei Raumtemperatur metastabiler Restaustenitgehalt im Material, der bei Verformung in Martensit umwandelt.

Sowohl Dualphasenstähle als auch Tripstähle lassen sich bei ihrer späteren Verwendung anfangs mit geringem Kraftaufwand verformen; mit zunehmender Verformung nimmt die Festigkeit aber stark zu, wobei dieses Verhalten bei Tripstählen noch deutlich ausgeprägter ist als bei Dualphasenstählen. Typische Anwendungen von Dualphasen- und Tripstählen sind Karrosseriebleche und Felgen für Kraftfahrzeuge, wo gute Tiefzieheigenschaften, hohe Endfestigkeit und hohes Energieabsorptionsvermögen bei weiterer Verformung, z.B. durch Unfälle, gefordert sind.

Bei der Herstellung dieser Stähle ist die Konstanthaltung der Phasenanteile Pi und damit des Umwandlungsgrades in der Kühlstrecke 5 äußerst kritisch. Werden beispielsweise in einer der Kühlstrecke 5 vorgeordneten Warmwalzstraße unerwünschte Oberflächentemperaturbeeinträchtigungen wie z.B. sogenannte Skidmarks am Metall 1, hier einer Stahlbramme, verursacht, so führen diese unerwünschten Skidmarks zu weichen Stellen im Metallband. An derartigen weichen Stellen ist der Umwandlungsgrad im Metall 1 vor Beginn des Abschreckens bereits zu weit fortgeschritten, um genügend Martensit bzw. Bainit zu bilden. Andere Schwankungen der Prozessparameter in der Kühlstrecke 5 vorgeordneten Einrichtungen können weitere Abweichungen vom gewünschten Gefüge und den gewünschten Phasenanteilen Pi im Metall 1 verursachen.

Die Figuren 3 und 4 zeigen erfindungsgemäße Regelsysteme für die Kühlstrecke 5. Beide Figuren zeigen eine mit der Kühlstrecke 5 gekoppelte Rechenvorrichtung 3 zur Steuerung und Modellierung der Kühlstrecke 5. Dabei sind Schnittstellen vorgesehen, um der Rechenvorrichtung 3 Signale zur Modellierung zuzuführen und um der Kühlstrecke 5 Steuer- bzw. Regelsignale zuzuführen. Rechenvorrichtung 3 und Kühlstrecke 5 bilden einen Teil einer Anlage zum Herstellen eines Metalls 1.

Gemäß Figur 3 weist die Rechenvorrichtung 3 ein Kühlstreckenmodell 7 und einen Kühlstreckenregler 8 auf. Für ein Metall 1, beispielsweise ein Metallband aus Stahl, das in die Kühlstrecke 5 einläuft, wird mit Hilfe des Kühlstreckenmodells 7 in einem ersten Schritt gestützt auf die Primärdaten P für das Metallband die Temperatur T und mindestens ein Phasenanteil Pi am Ende der Kühlstrecke 5, bzw. vor der Haspelvorrichtung 12 berechnet. Mit Hilfe von Messgliedern, die beispielsweise in einer der Kühlstrecke 5 vorgeordneten Fertigstraße angeordnet sein können (in der Zeichnung nicht näher dargestellt) und/oder mit Hilfe eines Messglieds 6 am Eingang der Kühlstrecke 5 werden in einem zweiten Schritt Messwerte erfasst und der Rechenvorrichtung 3 zugeführt. Die Erfassung von Messwerten erfolgt dabei während das Metall 1 die Anlage zum Herstellen eines Metalls 1 durchläuft.

Unter Zuhilfenahme des oder der Messwerte ermittelt das Kühlstreckenmodell 7 zumindest am Ende der Kühlstrecke 5 mindestens einen zu erwartenden Phasenanteil Pi des Metalls 1. Der im zweiten Schritt berechnete zu erwartende Phasenanteil Pi wird mit dem im ersten Schritt auf Basis der Primärdaten P berechneten Phasenanteil Pi verglichen. Dieser Vergleich wird zur Anpassung mindestens einer Stellgröße S der Kühlstrecke 5 verwendet. Gemäß Figur 3 passt der Kühlstreckenregler 8 mindestens eine Stellgröße S der Kühlstrecke 5 an. Eine verhältnismäßig einfache Weise der Realisierung eines solchen Kühlstreckenreglers erfolgt derart, dass Stellgrößen S von Stellgliedern 2 möglichst am Ende des ersten Kühlabschnitts I angepasst werden.

Gemäß Figur 4 weist die Recheneinrichtung 3 ein Kühlstreckenmodell 7, einen Kühlstreckenregler 8 sowie einen Phasenanteilsregler 11 auf. Regelungstechnisch ist der Phasenanteilsregler 11 dem Kühlstreckenregler 8 überlagert. So gibt der Phasenanteilsregler 11 dem Kühlstreckenregler 8 mindestens einen Sollwert, z.B. TH bzw. tH, aufgrund des Vergleichs des im ersten Schritt berechneten Phasenanteils Pi und des im zweiten Schritt berechneten zu erwartenden Phasenanteils Pi vor. Bei einem Abkühlverlauf mit mehreren Kühlabschnitten I, II, III bzw. Kühlphasen, wie er beispielsweise in Figur 2 gezeigt wird, gibt der Phasenanteilsregler 11 dem Kühlstreckenregler 8 vorzugsweise eine Haltezeit tH und/oder eine Haltetemperatur TH vor. Der Kühlstreckenregler 8 passt die Stellgrößen S der Kühlstrecke 5 an, wobei er die Sollvorgaben es Phasenanteilsreglers 11 berücksichtigt.

Beide Regelsysteme, also sowohl das Regelsystem gemäß Figur 3 als auch das Regelsystem gemäß Figur 4, arbeiten vorzugsweise derart, dass der zweite Schritt online, d.h. in Echtzeit während der Herstellung des Metalls 1 iterativ ausgeführt wird.

Sowohl im ersten Schritt als auch im zweiten Schritt wird der Phasenanteil Pi auf dieselbe Weise, d.h. unter Zuhilfenahme derselben Rechenverfahren bzw. Modelle berechnet. Die Berechnung in den beiden Schritten unterscheidet sich jedoch hinsichtlich der der Berechnung zugrundeliegenden Daten, insbesondere hinsichtlich der Eingangsdaten für die Berechnung.

Alternativ zu dem auf Grundlage der Primärdaten P im ersten Schritt berechneten Phasenanteil Pi kann auch ein beispielsweise von einem Bediener in einem ersten Schritt vorgegebener Phasenanteil Pi im zweiten Schritt mit dem im zweiten Schritt berechneten zu erwartenden Phasenanteil Pi verglichen werden. Um eine gleichbleibend hohe Qualität des Metalls 1 am Ende der Kühlstrecke 5 sicherzustellen, wird zumindest ein Phasenanteil Pi des Metalls 1 am Ende der Kühlstrecke berechnet.

Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Phasenanteil Pi des Metalls 1 an mindestens einer anderen Stelle der Kühlstrecke 5 berechnet werden. Ist es beispielsweise nicht zweckmäßig, am Ende der Kühlstrecke 5 zu messen, kann zumindest ein Phasenanteil Pi des Metalls 1 sowohl im ersten als auch im zweiten Schritt des Verfahrens an einer anderen Stelle der Kühlstrecke 5 berechnet werden, z.B. an einer Stelle, bei der man davon ausgeht, dass der wesentliche Teil der Phasenumwandlung innerhalb der Kühlstrecke 5 bereits abgeschlossen ist.

Die Rechenvorrichtung 3 bzw. das Kühlstreckenmodell 7 weisen vorzugsweise ein Temperaturmodell 9 auf, das den Temperaturverlauf des Metalls 1 in der Kühlstrecke 5 über der Zeit t oder über der Bandlaufrichtung x berechnet. Mit Vorteil wird das Temperaturmodell 9 unter Zuhilfenahme mindestens eines Messwerts adaptiert. Bei dem mindestens einen Messwert handelt es sich vorzugsweise um einen Messwert für die Temperatur T des Metalls 1, der mittels eines Messglieds 6, 6' am Eingang bzw. am Ende der Kühlstrecke 5 erfasst wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Messwerterfassung auch an einer anderen Stelle der Kühlstrecke 5 erfolgen. Vorzugsweise ist ein Umwandlungsmodell 10 vorhanden, das den Verlauf des mindestens einen Phasenanteils Pi des Metalls 1 in der Kühlstrecke 5 über der Zeit t und/oder der Bandlaufrichtung x berechnet. Alternativ und/oder zusätzlich zur Temperatur T kann das Kühlstreckenmodell 7 und/oder das Temperaturmodell 9 auch die Enthalpie oder eine andere Energieinhalts-beschreibende Größe verwenden bzw. berechnen.

Ein Umwandlungsmodell 10 ist zwar in Figur 4 der Übersichtlichkeit halber nicht näher dargestellt, jedoch auch im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 zweckmäßig. Ein Umwandlungsmodell 10 muss mindestens den Phasenanteil Pi des Metalls 1 an mindestens einer Stelle der Kühlstrecke 5, vorzugsweise am Ende der Kühlstrecke 5, bereitstellen.

Über die Stellgrößen S für die Stellglieder 2 der Kühlstrecke 5 wird z.B. die Stellung von Ventilen für Kühlmittel bzw. der Kühlmittelfluss in der Kühlstrecke 5 geregelt. Derartige lokale Stellgrößen S, d.h. Stellgrößen, die auf der Kühlstrecke 5 vorgeordnete Anlagenteile keine Auswirkungen haben, können bei der Herstellung von Grobblech jedoch auch die Geschwindigkeit v des Metalls 1 in der Kühlstrecke sowie eine Liegezeit des Metalls 1 sein.

Der Erfindungsgedanke lässt sich im wesentlichen wie folgt zusammenfassen:

Bei der Herstellung von Stahl wird für die Kühlstrecke 5 ein Umwandlungsmodell 10 verwendet, mit dessen Hilfe zusätzlich zur Temperatur T des Stahls auch die Phasenanteile Pi entlang des Stahlbandes in Echtzeit berechnet werden. Es wird ein Regelungssystem implementiert, das die Phasenanteile Pi des an einer Haspelvorrichtung 12 aufgewickelten Stahlbands konstant hält. Dazu wird in folgenden Schritten verfahren: In einem ersten Schritt wird aus Daten, die aus den Primärdaten P des Stahlbands gegeben sind, der Umwandlungsgrad, bei Mehrphasenstählen z.B. der Ferritanteil, ermittelt. In einem zweiten Schritt werden bei Bandeintritt in die Kühlstrecke 5 ein oder mehrere Parameter der Kühlstrategie, d.h. Stellgrößen S, im Sinne einer Regelung online so angepasst, dass der Ferritanteil des gekühlten Stahls an der Haspelvorrichtung 12 konstant gehalten wird. Bei einer Kühlung mit mehreren Kühlabschnitten kann dazu die Haltetemperatur TH modifiziert werden. Die Anhebung der Haltetemperatur TH reduziert den Ferritanteil, die Absenkung der Haltetemperatur TH erhöht ihn.

Abweichungen vom Sollgefüge werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits online entdeckt und werden nicht erst nach Messungen der Gefügeanteile im Labor (Schliffe) oder bei Zugversuchen entdeckt.

Bei vorbekannten Verfahren wurde die Konstanz der Gefügeanteile entlang des Bandes von der Qualitätssicherung im Stahlwerk üblicherweise nur anhand der Temperaturschriebe für Zwischentemperatur und Haspeltemperatur beurteilt. Das erfindungsgemäße Verfahren hingegen ermöglicht die weitgehende Konstanthaltung der Phasenanteile Pi an der Haspelvorrichtung 12 entlang des Metallbandes auch bei schwankenden Produktionsbedingungen und schwankender Geschwindigkeit v des Metallbandes. Abweichungen zwischen verschiedenen Metallbändern mit gleichen Primärdaten P werden weitestgehend ausgeschaltet, weil in die Erstermittlung des Referenzumwandlungsgrades die Schwankungen der Anlage nicht eingehen und durch die spätere Regelung auf den Referenzumwandlungsgrad die Schwankungen der Anlage weitestgehend ausgeglichen werden. Die Erstermittlung des Referenzumwandlungsgrades bzw. mindestens eines Phasenanteils Pi hängt nur von den Primärdaten P ab. Die nachfolgenden Ermittlungen des Umwandlungsgrades bzw. eines Phasenanteils Pi berücksichtigen die Schwankungen bei der Herstellung. Derart kann Stahl bzw. Metall 1 von gleichbleibender Qualität hergestellt werden und die Anforderungen an die Materialeigenschaften des Metalls 1 bzw. des Stahls werden wesentlich zuverlässiger als bisher erfüllt.


Anspruch[de]
Verfahren zum Herstellen eines Metalls (1) mit mehreren Phasenanteilen, wobei in einer Kühlstrecke (5) das warmgeformte Metall (1) abgekühlt wird, wobei in einem ersten Schritt unter Zuhilfenahme von Primärdaten (P) für das Metall (1) mittels eines Kühlstreckenmodells (7) die Temperatur (T) und mindestens ein Phasenanteil (Pi) des Metalls (1) an mindestens einer Stelle der Kühlstrecke (7) berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Schritt - mindestens ein Temperaturmesswert bei der Herstellung des Metalls (1) erfasst wird, - unter Zuhilfenahme des mindestens einen Temperaturmesswertes mittels des Kühlstreckenmodells (7) an der mindestens einen Stelle der Kühlstrecke (5) mindestens ein zu erwartender Phasenanteil (P) des Metalls (1) berechnet wird, - der zu erwartende Phasenanteil (Pi) mit dem im ersten Schritt berechneten Phasenanteil (Pi) verglichen wird und - dieser Vergleich zur Anpassung mindestens einer Stellgröße (S) der Kühlstrecke (5) verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass sich die mindestens eine Stelle, an der im ersten und zweiten Schritt mindestens ein Phasenanteil (Pi) des Metalls (1) berechnet wird, am Ende der Kühlstrecke (5) befindet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Schritt der zu erwartende Phasenanteil (Pi) mit einem vorgegebenen Phasenanteil (Pi) verglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schritt online iterativ ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Schritt ein Kühlstreckenregler (8) mindestens eine Stellgröße (S) der Kühlstrecke (5) entsprechend dem Vergleich anpasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Schritt - ein Phasenanteilsregler (11) mindestens einen Sollwert für einen Kühlstreckenregler (8) entsprechend dem Vergleich anpasst und - der Kühlstreckenregler (8) unter Berücksichtigung ihm vorgegebener Sollwerte mindestens eine Stellgröße (S) der Kühlstrecke (5) anpasst.
Verfahren einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in einem der beiden Schritte ein Temperaturmodell (9) verwendet wird, das den Temperaturverlauf des Metalls (1) in der Kühlstrecke (5) berechnet.
Verfahren nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturmodell (9) unter Zuhilfenahme des mindestens einen Messwerts adaptiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass ein Umwandlungsmodell (10) verwendet wird, das den Verlauf des mindestens einen Phasenanteils (Pi) in der Kühlstrecke (5) berechnet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, dass ein Mehrphasenstahl hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, dass das Metall (1) in der Kühlstrecke (5) in mindestens zwei Kühlabschnitten (I, II, III) abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, dass eine Haltezeit (tH) angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12,

dadurch gekennzeichnet, dass eine Haltetemperatur (TH) angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Stellgröße (S) für Kühlmittelstellglieder angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung von Grobblech mindestens eine Stellgröße (S) für die Geschwindigkeit (v) des Metalls (1) in der Kühlstrecke (5) angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung von Grobblech mindestens eine Stellgröße (S) für eine Liegezeit des Metalls (1) angepasst wird.
Rechenvorrichtung (3) zur Steuerung und Modellierung einer Kühlstrecke (5), die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche programmiert ist, mit mindestens einem Kühlstreckenmodell (7) und mindestens einem Kühlstreckenregler (8), wobei das Kühlstreckenmodell (7) mindestens ein Temperaturmodell (9) aufweist. Rechenvorrichtung (3) zur Steuerung und Modellierung einer Kühlstrecke (5), die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 6 bis 16 programmiert ist, mit mindestens einem Kühlstreckenmodell (7) und mindestens einem Kühlstreckenregler (8), wobei das Kühlstreckenmodell (7) mindestens ein Temperaturmodell aufweist (9), wobei ein Phasenanteilsregler (11) zum Anpassen der Sollwerte des Kühlstreckenreglers (8) vorgesehen ist. Anlage zum Herstellen eines Metalls (1) mit mehreren Phasenanteilen mit einer Kühlstrecke (5) und mit einer Rechenvorrichtung (3) nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Rechenvorrichtung (3) zur Steuerung und zur Modellierung der Kühlstrecke (5) über entsprechend ausgestaltete Schnittstellen mit Signalgebern (6, 6') und Stellgliedern (2) der Kühlstrecke (5) gekoppelt ist.
Anspruch[en]
Method for producing a metal (1) having a plurality of phase fractions, wherein the hot-formed metal (1) is cooled in a cooling line (5), wherein in a first step, using primary data (P) for the metal (1), the temperature (T) and at least one phase fraction (Pi) of the metal (1) are calculated by means of a cooling line model (7) at at least one location in the cooling line (7), characterised in that in a second step - at least one temperature measured value is acquired during the production of the metal (1), - using the at least one measured temperature value, at least one anticipated phase fraction (Pi) of the metal (1) is calculated by means of the cooling line model (7) at the at least one location in the cooling line (5), - the anticipated phase fraction (Pi) is compared with the phase fraction (Pi) calculated in the first step and - this comparison is used to adjust at least one correcting variable (S) of the cooling line (5). Method according to claim 1,

characterised in that the at least one location at which at least one phase fraction (Pi) of the metal (1) is calculated in the first and second steps is located at the end of the cooling line (5).
Method according to claim 1 or claim 2,

characterised in that in the second step the anticipated phase fraction (Pi) is compared with a predefined phase fraction (Pi).
Method according to any one of claims 1 to 3,

characterised in that the second step is iteratively executed online.
Method according to any one of claims 1 to 4,

characterised in that in the second step a cooling line controller (8) adjusts at least one correcting variable (S) of the cooling line (5) in accordance with the comparison.
Method according to any one of claims 1 to 4,

characterised in that in the second step - a phase fraction controller (11) adjusts at least one target value for a cooling line controller (8) in accordance with the comparison and - the cooling line controller (8) adjusts at least one correcting variable (S) of the cooling line (5), taking into account target values which have been specified to it.
Method according to any one of claims 1 to 6,

characterised in that in at least one of the two steps a temperature model (9) is used which calculates the temperature characteristic of the metal (1) in the cooling line (5).
Method according to claim 7,

characterised in that the temperature model (9) is adapted using the at least one measured value.
Method according to any one of claims 1 to 8,

characterised in that a conversion model (10) is used which calculates the characteristic of the at least one phase fraction (Pi) in the cooling line (5).
Method according to any one of claims 1 to 9,

characterised in that a multi-phase steel is produced.
Method according to any one of claims 1 to 10,

characterised in that the metal (1) is cooled in the cooling line (5) in at least two cooling sections (I, II, III).
Method according to claim 11,

characterised in that a holding time (tH) is adjusted.
Method according to either claim 11 or 12,

characterised in that a holding temperature (TH) is adjusted.
Method according to any one of the preceding claims,

characterised in that at least one correcting variable (S) is adjusted for coolant actuators.
Method according to any one of the preceding claims,

characterised in that when producing steel plate at least one correcting variable (S) is adjusted for the speed (v) of the metal (1) in the cooling line (5).
Method according to any one of the preceding claims,

characterised in that when producing steel plate at least one correcting variable (S) is adjusted for an idle time of the metal (1).
Calculation means (3) for controlling and modelling a cooling line (5) which is programmed to perform a method according to any one of the preceding claims, having at least one cooling line model (7) and at least one cooling line controller (8), wherein the cooling line model (7) includes at least one temperature model (9). Calculation means (3) for controlling and modelling a cooling line (5) which is programmed to perform a method according to any one of claims 6 to 16, having at least one cooling line model (7) and at least one cooling line controller (8), wherein the cooling line model (7) includes at least one temperature model (9), with a phase fraction controller (11) being provided for adjusting the target values of the cooling line controller (8). Plant for producing a metal (1) having a plurality of phase fractions, comprising a cooling line (5) and comprising a calculation means (3) according to claim 17 or 18, wherein the calculation means (3) is coupled via correspondingly embodied interfaces to signal transmitters (6, 6') and actuators (2) of the cooling line (5) for the purpose of controlling and modelling the cooling line (5).
Anspruch[fr]
Procédé de production d'un métal (1) ayant plusieurs proportions de phase, dans lequel on refroidit dans un parcours (5) de refroidissement le métal (1) formé à chaud, dans lequel, dans un premier stade et en s'aidant de données (P) primaires pour le métal (1), on calcule au moyen d'un modèle (7) de parcours de refroidissement la température (T) et au moins une proportion (Pi) de phase du métal (1) en au moins un point du parcours (7) de refroidissement,

caractérisé en ce que, dans un deuxième stade - on relève au moins une valeur de mesure de la température lors de la production du métal (1), - en s'aidant de la au moins une valeur de mesure de la température on calcule, au moyen du modèle (7) de parcours de refroidissement, sur le au moins un point du parcours (5) de refroidissement, au moins une proportion (Pi) de phase du métal (1) à laquelle on s'attend, - on compare la proportion (Pi) de phase à laquelle on s'attend à la proportion (Pi) de phase calculée dans le premier stade et - on utilise cette comparaison pour modifier au moins une grandeur (S) de réglage du parcours (5) de refroidissement.
Procédé suivant la revendication 1,

caractérisé en ce que le au moins un point où l'on calcule dans le premier et dans le deuxième stade au moins une proportion (Pi) de phase du métal (1) se trouve à la fin du parcours (5) de refroidissement.
Procédé suivant la revendication 1 ou 2,

caractérisé en ce que l'on compare dans le deuxième stade la proportion (Pi) de phase à laquelle on s'attend à une proportion (Pi) de phase donnée à l'avance.
Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3,

caractérisé en ce que l'on effectue itérativement en ligne le deuxième stade.
Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4,

caractérisé en ce que dans le deuxième stade un régulateur (8) de parcours de refroidissement modifie au moins une grandeur (S) de réglage du parcours (5) de refroidissement en fonction de la comparaison.
Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4,

caractérisé en ce que, dans le deuxième stade - un régulateur (11) de proportion de phase modifie au moins une valeur de consigne du régulateur (8) de parcours de refroidissement en fonction de la comparaison et - le régulateur (8) de parcours de refroidissement modifie, en tenant compte des valeurs de consigne qui lui ont été données à l'avance, au moins une grandeur (S) de réglage du parcours (5) de refroidissement.
Procédé suivant l'une des revendications 1 à 6,

caractérisé en ce que l'on utilise dans au moins l'un des deux stades un modèle (9) de température? qui calcule la courbe de température du métal (1) dans le parcours (5) de refroidissement.
Procédé suivant la revendication 7,

caractérisé en ce que l'on modifie le modèle (9) de température en s'aidant de la au moins une valeur de mesure.
Procédé suivant l'une des revendications 1 à 8,

caractérisé en ce que l'on utilise un modèle (10) de transformation, qui calcule la courbe de la au moins une proportion (Pi) de phase dans le parcours (5) de refroidissement.
Procédé suivant l'une des revendications 1 à 9,

caractérisé en ce que l'on refroidit un acier à plusieurs phases.
Procédé suivant l'une des revendications 1 à 10,

caractérisé en ce que l'on reproduit le métal dans le parcours (5) de refroidissement dans au moins deux tronçons (I, II, III) de refroidissement.
Procédé suivant la revendication 11,

caractérisé en ce que l'on modifie un temps (th) de maintien.
Procédé suivant l'une des revendications 11 ou 12,

caractérisé en ce que l'on modifie une température (TH) de maintien.
Procédé suivant l'une des revendications précédentes,

caractérisé en ce que l'on modifie au moins une grandeur (S) de réglage d'éléments de réglage du fluide de refroidissement.
Procédé suivant l'une des revendications précédentes,

caractérisé en ce que, lors de la production de tôle forte, on modifie au moins une grandeur (S) de réglage de la vitesse (v) du métal (1) dans le parcours (5) de refroidissement.
Procédé suivant l'une des revendications précédentes,

caractérisé en ce que, lors de la production de tôle forte, on modifie au moins une grandeur (S) de réglage d'une durée de séjour du métal (1).
Dispositif (3) de calcul pour commander et modéliser un parcours (5) de refroidissement qui est programmé pour l'exécution d'un procédé suivant l'une des revendications précédentes, comprenant au moins un modèle (7) de parcours de refroidissement et au moins un régulateur (8) de parcours de refroidissement, le modèle (7) de parcours de refroidissement ayant au moins un modèle (9) de température. Dispositif (3) de calcul pour commander et modéliser un parcours (5) de refroidissement qui est programmé pour la mise en oeuvre d'un procédé suivant l'une des revendications 6 à 16, comprenant au moins un modèle (7) de parcours de refroidissement et au moins un régulateur (8) de parcours de refroidissement, le modèle (7) de parcours de refroidissement ayant au moins un modèle de température (9), un régulateur (11) de proportion de phase étant prévu pour modifier les valeurs de consigne du régulateur (8) de parcours de refroidissement. Installation de production d'un métal (1) ayant plusieurs proportions de phase, comprenant un parcours (5) de refroidissement et un dispositif (3) de calcul suivant la revendication 17 ou 18, le dispositif (3) de calcul étant, pour régler et pour modéliser le parcours (5) de refroidissement, couplé à des générateurs (6, 6') de signaux et à des régulateurs (2) du parcours (5) de refroidissement par des interfaces conformés de manière adéquate.






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