[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhöhen der Prozessstabilität, insbesondere
der absoluten Dickengenauigkeit und der Anlagensicherheit, beim Warmwalzen von Stahl-
oder NE-Werkstoffen mit kleinen Umformgraden oder kleinen Abnahmen unter Berücksichtigung
der Warmstreckgrenze bei der Berechnung der Sollwalzkraft und der jeweiligen Anstellungsposition.
[0002] In einer Vorveröffentlichung "
Kraft- und Arbeitsbedarf bildsamer Formgebungsverfahren" von A. Hensel und T. Spittel,
Leipzig 1978, und in einer weiteren Vorveröffentlichung "
Rationeller Energieeinsatz bei Umformprozessen" von T. Spittel und A. Hensel, Leipzig
1981, werden verschiedene Verfahren zur Ermittlung der Sollwalzkraft beim Warmwalzen als
Produkt aus Umformwiderstand und gedrückter Fläche beschrieben. Der Umformwiderstand
selbst wird als Produkt aus der Fließspannung und einem Faktor zur Berücksichtigung
der Walzspaltgeometrie und / oder von Reibungsverhältnissen bestimmt. Die am häufigsten
verwendete Methode zur Ermittlung der Fließspannung ist deren Bestimmung über einen
Ansatz mit Einflussfaktoren zur Berücksichtigung von Umform-Temperatur, Umformgrad
und Umformgeschwindigkeit, die multiplikativ miteinander verbunden werden, bspw. in
folgender Form:

worin bedeuten:
- kf :
- Fließspannung
- kf0 :
- Grundwert der Fließspannung
- T :
- Umformtemperatur
- ϕ :
- Umformgrad
- phip :
- Umform-Geschwindigkeit
- A;, mi :
- thermodynamische Koeffizienten.
[0003] Für unterschiedliche Materialgruppen wurden die thermodynamischen Koeffizienten ermittelt;
die Unterscheidung der Materialien innerhalb einer Gruppe erfolgt über die jeweiligen
kf0 -Grundwerte.
[0005] Der Nachteil des multiplikativen Ansatzes zur Ermittlung der Fließspannung besteht
darin, dass die Funktion mit kleiner werdenden Umformgraden ϕ < 0,04 oder Abnahmen
gegen eine Fließspannung von Null MPa strebt, d.h. die Funktion hat einen Nulldurchgang
(in Fig. 1 zum Stand der Technik gezeigt). Diese Theorie widerspricht jedoch den tatsächlichen
Gegebenheiten. Als Folge werden bei kleinen Abnahmen zu geringe Fließspannungswerte
und somit zu geringe Sollwalzkräfte bestimmt. Die Setzung des Sollwalzspaltes durch
die Dickenregelung ist walzkraftabhängig und somit fehlerbehaftet. Die warmgewalzten
Produkte weisen eine größere Istdicke im Vergleich zur gewünschten Zieldicke auf.
[0006] Die fehlerbehaftete Sollwalzkraft-Berechnung bei kleinen Umformgraden bzw. Abnahmen
stellt eine permanente Anlagengefährdung beim Walzen mit hohen Walzkräften und / oder
Walzmomenten nahe den maximal zulässigen Anlagenparametern dar, wie sie bspw. beim
Walzen mit abgesenkten Temperaturen oder aber auch bei hohen Temperaturen und Walzgutbreiten
nahe der anlagentechnisch maximal möglichen Breite auftreten.
[0007] Die fehlerbehaftete Sollwalzkraft-Berechnung beeinträchtigt auch die Prozessstabilität
insgesamt negativ, da nachgeschaltete Automations-Modelle und - regelungen wie bspw.
Profil- und Planheitsmodelle bzw. -regelungen ihre Sollwerte mit Hilfe der Sollwalzkraft
ermitteln.
[0008] Aus der
WO 93 / 11 886 A1 ist ein Walzplan-Berechnungsverfahren zur Einstellung von Sollwalzkraft und Sollwalzspalt
eines Walzgerüstes bekannt, das gerüstspezifische und / oder materialspezifische Walzkraft-Anpassungsglieder
nutzt. Nachteilig sind gerüstspezifische Anpassungen bei der Sollwalzkraft-Berechnung
für die Übertragbarkeit auf andere Anlagen.
[0009] Aus der
WO 99 / 02 282 A1 geht ein bekanntes Verfahren hervor zur Steuerung bzw. Voreinstellung des Walzgerüstes
in Abhängigkeit zumindest einer der Größen Walzkraft, Walzmoment und Voreilung, bei
dem die Modellierung der Einflüsse mittels einer auf neuronalen Netzen basierenden
Informationsverarbeitung oder mittels eines invertierten Walzmodells über Rückrechnung
der Materialhärte im Stich mit Hilfe eines Regressionsmodells erfolgt. Solche Fehler,
wie sie bei der Sollwalzkraft-Berechnung nach dem multiplikativen Ansatz im Bereich
kleiner Umformgrade oder Abnahmen entstehen, können vermieden werden. Nachteilig ist
jedoch, dass zum Trainieren eines neuronalen Netzes bzw. für ein invertiertes Walzmodell
erst Walzergebnisse vorliegen müssen. Eine Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens
auf noch nicht gewalzte Materialien oder auf Anlagen mit anderen Parametern ist somit
nicht ohne weiteres gewährleistet.
[0010] Dem geschilderten Stand der Technik ist gemeinsam, dass die Wirkung kleiner Umformgrade
oder kleiner Abnahmen auf die Fließspannung beim Warmwalzen von Stahl und NE-Werkstoffen
im Rahmen der bekannten Verfahren zur Sollfahrens auf noch nicht gewalzte Materialien
oder auf Anlagen mit anderen Parametern ist somit nicht ohne weiteres gewährleistet.
[0011] Dem geschilderten Stand der Technik ist gemeinsam, dass die Wirkung kleiner Umformgrade
oder kleiner Abnahmen auf die Fließspannung beim Warmwalzen von Stahl und NE-Werkstoffen
im Rahmen der bekannten Verfahren zur Sollwalzkraft-Berechnung und zur Dickenregelung
nicht korrekt oder nur unzureichend berücksichtigt wird oder die Übertragbarkeit auf
andere Anlagen eingeschränkt ist und somit Risiken für die Prozessstabilität, insbesondere
der absoluten Dickengenauigkeit und der Anlagensicherheit bestehen.
[0012] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erhöhung der Prozessstabilität,
insbesondere der absoluten Dickengenauigkeit und der Anlagensicherheit beim Warmwalzen
von Stahl- und NE-Werkstoffen zu schaffen, bei dem die Genauigkeit der Fließspannung
und der Sollwalzkraft bei kleinen Umformgraden oder kleinen Abnahmen gesteigert werden
kann.
[0013] Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Warmstreckgrenze
in Abhängigkeit von Umformtemperatur und / oder Umformgeschwindigkeit ermittelt und
in die Funktion der Fließspannung für die Bestimmung der Sollwalzkraft über die Beziehung

integriert wird, indem ein multiplikativer Fließkurvenansatz um die Warmstreckgrenze
in Abhängigkeit von Umformtemperatur und Umformgeschwindigkeit gemäß der Formel

bestimmt wird, wobei bedeuten:
- Re :
- Warmstreckgrenze
- T :
- Umform-Temperatur
- phip :
- Umform-Geschwindigkeit
- a; b; c:
- Koeffizienten
[0014] Aufgrund der erfindungsgemäßen Berücksichtigung der Warmstreckgrenze in Abhängigkeit
von Umformtemperatur und Umformgeschwindigkeit erzielt das Verfahren selbst zu kleinsten
Umformgraden hin korrekte Werte. Startwert ist die jeweilige Warmstreckgrenze des
zu walzenden Materials in Abhängigkeit von Umformtemperatur und Umformgeschwindigkeit
[0015] Der Vorteil bei der Nutzung eines neuen Ansatzes zur Berechnung der Fließspannung
liegt darin, die Warmstreckgrenzen für die zu walzenden Materialien aus Messdaten
von Walzungen mit Umformgraden kleiner als einem materialspezifischen Grenzumformgrad
zu ermitteln, indem die Fließspannungen der betreffenden Stiche in Abhängigkeit von
Umformtemperatur und Umformgeschwindigkeit aus gemessenen Walzkräften rückgerechnet
und einer Warmstreckgrenze gleichgesetzt werden, wenn sie den aus Warmzugversuchen
gemessenen Warmstreckgrenzen gleichen. Die gefundene Abhängigkeit der Warmstreckgrenze
von Umformtemperatur und Umformgeschwindigkeit stellt den Startpunkt der approximierten
Warmfließkurve dar.
[0016] Nach der weiteren Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Fließspannung in die herkömmliche
Walzkraftgleichung zur Ermittlung der Sollwalzkraft für die Dickenregelung und auch
für Rechen-Modelle und Regelungsverfahren gemäß folgender Gleichung

bestimmt wird, wobei bedeuten:
- Rw :
- Walzenradius
- h0 :
- Dicke vor dem Stich
- h1 :
- Dicke nach dem Stich
[0017] In Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass aufgrund der Sollwalzkraft
ein Materialmodul unter Berücksichtigung der Warmstreckgrenze in Abhängigkeit der
Umformtemperatur und Umformgeschwindigkeit für Umformgrade kleiner einem materialspezifischen
Grenzumformgrad berechnet wird, gemäß der Formel

worin bedeuten:
- CM :
- Materialmodul
- Fw :
- Sollwalzkraft
- Fm :
- gemessene Walzkraft
- dh1 :
- Änderung der Auslaufdicke
[0018] Die Erfindung ist sodann dahingehend ausgestaltet, dass die herkömmliche Gaugemeter-Gleichung
in eine Form

erweitert wird, wobei bedeuten:
- ds AGC :
- Änderung der Walzspalteinstellung
- CM :
- Materialmodul
- CG :
- Walzgerüstmodul
- dh1 :
- Änderung der Auslaufdicke
- Fw :
- Sollwalzkraft
- Fm :
- gemessene Walzkraft
- S :
- Anstellung des Walzspaltes
- Ssoll :
- Sollanstellung des Walzspaltes
[0019] Dadurch wird nun auch das Materialfließverhalten bei kleinen Umformgraden oder Abnahmen
richtig abgebildet.
[0020] Auf der Grundlage der Gaugemetergleichung und berechneter Sollwalzkraft wird die
Anstellposition der elektromechanischen und / oder der hydraulischen Anstellung zur
Gewährleistung der Auslaufdicke des Walzgutes ermittelt.
[0021] In der Zeichnung sind Diagramme für die Fließspannung in Abhängigkeit des Umformgrades
nach dem Stand der Technik und gemäß der Erfindung gezeigt und werden nachstehend
näher erläutert.
[0022] Es zeigen:
- Fig. 1
- schematisch den Verlauf der Fließspannung kf, über dem Umformgrad ϕ beim herkömmlichen multiplikativen Ansatz (Stand der Technik)
und
- Fig. 2
- schematisch den Verlauf der Fließspannung kf,R über dem Umformgrad ϕ gemäß der Erfindung, wobei unterhalb des Grenzumfanggrades
ϕG der multiplikative Ansatz um die Warmstreckgrenze additiv erweitert ist.
[0023] Der Nachteil des multiplikativen Ansatzes zur Ermittlung der Fließspannung (Fig.
1) besteht darin, dass die Funktion zu kleinen Umformgraden ϕ < 0,04 oder kleinen
Abnahmen hin gegen eine Fließspannung
kf von Null MPa strebt, d.h. die Funktion hat einen Nulldurchgang, wie gezeichnet.
[0024] Die erfindungsgemäße Berücksichtigung (Fig. 2) der Warmstreckgrenze
Re in Abhängigkeit von Umformtemperatur
T und Umformgeschwindigkeit
phip erzielt das erfindungsgemäße Verfahren selbst zu kleinsten Umformgraden ϕ hin korrekte
Werte. Startwert ist die jeweilige Warmstreckgrenze
Re des zu walzenden Materials in Abhängigkeit von Umformtemperatur
T und Umformgeschwindigkeit
phip.
Bezugszeichenliste
[0025]
- Ai
- thermodynamische Koeffizienten
- ai bi, c
- Koeffizienten
- B
- Walzgutbreite
- CG
- Gerüstmodul
- CM
- Materialmodul
- dh1
- Änderung der Auslaufdicke
- dsAGC
- Änderung der Walzspalteinstellung
- Fm
- gemessene Walzkraft
- Fw
- Sollwalzkraft
- h0
- Dicke vor dem Stich
- h1
- Dicke nach dem Stich
- kf
- Fließspannung
- kf0
- Grundwert der Fließspannung
- kf,R
- Fließspannung, unter Berücksichtigung der Streckgrenze
- mi
- thermodynamische Koeffizienten
- ϕ
- Umformgrad
- ϕG
- Grenzumformgrad
- phip
- Umformgeschwindigkeit
- Qp
- Funktion zur Berücksichtigung von Walzspaltgeometrie und Reibungsverhältnissen
- Re
- Warmstreckgrenze
- Rw
- Walzenradius
- S
- Anstellung des Walzspaltes
- Ssoll
- Sollanstellung des Walzspaltes
- T
- Umformtemperatur
1. Verfahren zum Erhöhen der Prozessstabilität, insbesondere der absoluten Dickengenauigkeit
und der Anlagensicherheit, beim Warmwalzen von Stahl- oder NE-Werkstoffen, mit kleinen
Umformgraden (ϕ) oder kleinen Abnahmen unter Berücksichtigung der Warmstreckgrenze
(
Re) bei der Berechnung der Sollwalzkraft (
Fw) und der jeweiligen Anstellungsposition (
s),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Warmstreckgrenze (
Re) in Abhängigkeit von Umformtemperatur (
T) und / oder Umformgeschwindigkeit (
phip) ermittelt und in die Funktion der Fließspannung (
kf,R) für die Bestimmung der Sollwalzkraft (
Fw) über die Beziehung

integriert wird, indem ein multiplikativer Fließkurvenansatz um die Warmstreckgrenze
(
Re) in Abhängigkeit von Umformtemperatur (
T) und Umformgeschwindigkeit
(phip) gemäß der Formel

bestimmt wird, wobei bedeuten:
Re : Warmstreckgrenze
T : Umformtemperatur
phip : Umformgeschwindigkeit
a,; bi; c : Koeffizienten
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fließspannung (
kf,R) in die herkömmliche Walzkraftgleichung zur Ermittlung der Sollwalzkraft (
Fw) für die Dickenregelung und auch für Rechen-Modelle und Regelungsverfahren gemäß
folgender Gleichung

bestimmt wird, wobei bedeuten:
Fw : Sollwalzkraft
Qp : Funktion zur Berücksichtigung von Walzspaltgeometrie und Reibungsverhältnissen
kf,R : Fließspannung, unter Berücksichtigung der Streckgrenze
B : Walzgutbreite
Rw : Walzenradius
h0 : Dicke vor dem Stich
h1 : Dicke nach dem Stich
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass aufgrund der Sollwalzkraft (
Fw) ein Materialmodul (
CM) unter Berücksichtigung der Warmstreckgrenze (
Re) in Abhängigkeit der Umformtemperatur (
T) und Umformgeschwindigkeit (
phip) für Umformgrade kleiner einem materialspezifischen Grenzumformgrad (ϕ
G) berechnet wird, gemäß der Formel

worin bedeuten:
CM : Materialmodul
Fw : Sollwalzkraft
Fm : gemessene Walzkraft
dh1 : Änderung der Auslaufdicke
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die herkömmliche Gaugemeter-Gleichung in eine Form

erweitert wird, wobei bedeuten:
dSAGC : Änderung der Walzspalteinstellung
CM : Materialmodul
CG : Walzgerüstmodul
dh1 : Änderung der Auslaufdicke
Fw : Sollwalzkraft
Fm : gemessene Walzkraft
s : Anstellung des Walzspaltes
ssoll : Sollanstellung des Walzspaltes
1. Method of increasing the process stability, particularly the absolute thickness accuracy
and the plant safety, in hot rolling of steel materials or NE materials, with small
degrees of reshaping (ϕ) or small reductions with consideration of the high-temperature
limit of elasticity (
Re) in the calculation of the target rolling force (
Fw) and the respective adjustment position (s),
characterised in that the high-temperature limit of elasticity (
Re) is determined in dependence on reshaping temperature (
T) and/or reshaping speed (
phip) and is integrated in the function of the flow stress (
kf,R) for the determination of the target rolling force (
Fw) by way of the equation
in that a multiplicative flow curve formulation about the high-temperature limit of elasticity
(
Re) is determined in dependence on reshaping temperature (
T) and reshaping speed (
phip) according to the formula

wherein:
Re : high-temperature limit of elasticity
T : reshaping temperature
phip : reshaping speed
a,;bj;c : coefficients
2. Method according to claim 1,
characterised in that the flow stress (
kf,R) in the conventional rolling force equation for determination of the target rolling
force (
Fw) for the thickness regulation and also for computing models and regulating methods
is determined according to the following equation

wherein:
Fw : target rolling force
Qp : function for consideration of rolling gap geometry and friction relationships
kf,R : flow stress, with consideration of limit of elasticity
B : rolling stock width
Rw : roll radius
h0 : thickness prior to the pass
h1 : thickness after the pass
3. Method according to one of claims 1 and 2,
characterised in that on the basis of the target rolling force (
Fw) a material modulus (
CM) is calculated with consideration of the high-temperature limit of elasticity (
Re) in dependence on the reshaping temperature (
T) and reshaping speed (
phip) for degrees of reshaping less than a material-specific limit degree of reshaping
(
ϕG), according to the formula

wherein:
CM : material modulus
Fw : target rolling force
Fm : measured rolling force
dh1 : change in exit thickness
4. Method according to claim 3,
characterised in that the conventional gauge-meter equation is expanded to a form

wherein:
dSAGC : change in rolling gap setting
CM : material modulus
CG : roll stand modulus
dh1 : change in exit thickness
Fw : target rolling force
Fm : measured rolling force
s : adjustment of the rolling gap
ssoll : target adjustment of the rolling gap
1. Procédé pour augmenter la stabilité au traitement, en particulier la précision d'épaisseur
absolue et la sécurité d'installation, lors du laminage à chaud de matériaux en acier
ou en métal non ferreux, avec des petits taux de déformation (ϕ) ou des petites diminutions
en prenant en compte la limite élastique à chaud (R
e) lors du calcul de la force de consigne de laminage (F
w) et la position d'approche respective (s),
caractérisé en ce que la limite élastique à chaud (R
e) est déterminée en fonction de la température de déformation (T) et/ou de la vitesse
de déformation (phip) et est intégrée dans la fonction de la tension au fluage (k
f,R) pour la définition de la force de consigne de laminage (F
w) par la relation

en définissant un modèle multiplicatif de courbe de fluage autour de la limite élastique
à chaud (Re) en fonction de la température de déformation (T) et de la vitesse de
déformation (phip) selon la formule

dans laquelle signifient :
Re: limite élastique à chaud
T : température de déformation
phip : vitesse de déformation
a ; bi; c coefficients.
2. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
la tension au fluage (k
f,R) dans l'équation habituelle de force de laminage pour déterminer la force de consigne
de laminage (F
w) en vue de la régulation d'épaisseur et également en vue de la modélisation du calcul
et de procédés de régulation, est définie selon l'équation suivante :

dans laquelle signifient :
Fw : force de consigne de laminage
Qp : fonction pour prendre en compte la géométrie d'emprise et des relations de friction
kf, R : tension au fluage, en prenant en compte la limite élastique
B : largeur du matériau à laminer
Rw : rayon de cylindre
h0 : épaisseur avant la passe
h1 : épaisseur après la passe
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2,
caractérisé en ce que
en se basant sur la force de consigne de laminage (F
w), on calcule un module de matériau (C
M) en prenant en compte la limite élastique à chaud (R
e) en fonction de la température de déformation (T) et de la vitesse de déformation
(phip) pour des taux de déformation inférieurs à un taux de déformation limite (ϕG)
spécifique au matériau, selon la formule

dans laquelle signifient :
CM : module de matériau
Fw : force de consigne de laminage
Fm : force de laminage mesurée
dh1 : modification de l'épaisseur de sortie.
4. Procédé selon la revendication 3,
caractérisé en ce que
l'équation de jauge habituelle est étendue en une forme

dans laquelle signifient :
dsAGC : modification du réglage de l'emprise
CM : module de matériau
CG: module de cage de laminoir
dh1 : modification de l'épaisseur de sortie
Fw : force de consigne de laminage
Fm : force de laminage mesurée
s : approche de l'emprise
sconsigne : approche de consigne de l'emprise