[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Computerprogramm zum Anpassen des Soll-Dickenwertes
für eine Regelung der Dicke eines neu zu walzenden Bandes für mindestens ein Walzgerüst.
Stand der Technik
[0002] Beim Warm- und Kaltwalzen von Band durchläuft das Band verschiedene Prozesssituationen
mit unterschiedlicher Produktivität und unterschiedlicher daraus resultierender Qualität
für das Band. Bei Prozesssituationen wie Einfädelprozessen oder Produktwechseln kann
eine gute Qualität des gewalzten Bandes oftmals nicht gewährleistet werden; die entsprechenden
Teile des Bandes müssen dann verschrottet werden. Wenn allerdings ein Warm- oder Kaltwalzwerk
einen eingeschwungenen Zustand erreicht hat, in dem der sogenannte Filet-Bereich des
Bandes gewalzt wird, kann mit Hilfe der im Stand der Technik bekannten Aktorik, Sensorik
und den bekannten Regelsystemen eine sehr gute Produktqualität erreicht werden; insbesondere
die Dicke des Bandes kann als Qualitätsparameter sehr genau auf vorbestimmte Zielwerte
ausgeregelt werden. Wie genau die Banddicke erreicht wird, hängt von verschiedenen
Parametern, wie z.B. der Regelgüte und der Qualität des Vormaterials ab. Wie genau
die Dicke des Bandes erreicht werden muss, ist in der Regel durch Vorgabedaten, typischerweise
von dem Endkunden, ebenfalls bekannt. In dieser Phase, in der Band mit einer 1A-Qualität
gewalzt bzw. erzeugt wird, operiert die Level 1- Regelung und die Level 2-Setzung
mit Zieldicken, die meist den Vorgaben des Endkunden spricht. Die Banddickenregelung
erfolgt im Stand der Technik meist auf eine Dicke in der Bandbreitenmitte.
[0003] Diese aus dem Stand der Technik bekannte Fahrweise hat den Nachteil, dass ein relativ
hoher Anteil des gewalzten Bandes nicht den geforderten Qualitätskriterien genügt
und außerdem ist die Produktivität gering. Die mangelnde Qualität zeigt sich teils
in Banddicken im Randbereich, die außerhalb der Toleranz des Endkunden liegen. Allerdings
können auch deutlich bessere Qualitäten erreicht werden, als vom Endkunden verlangt;
in diesem Fall wird das Kalt- oder Warmwalzwerk jedoch strategisch nicht so gefahren,
dass es ein für den Walzwerkbetreiber maximales Ausbringen liefert.
[0004] Die chinesische Patentschrift
CN 102069094 B offenbart ein System zur Optimierung von wichtigen Prozessparametern für die Steuerung
des Profils bzw. der Kontur eines kaltgewalzten Bandes, basierend auf Data Mining.
Dabei werden die Prozessparameter für die Profil- bzw. Konturregelung bei laufenden
Prozessen erfasst und nach einer vorläufigen Bearbeitung in einer historischen Datenbank
gesammelt. Diese historischen Daten werden sodann in weiteren Schritten bearbeitet
und sie dienen dann letzten Endes unter Berücksichtigung von bekanntem Wissen über
das Kaltwalzen und Warmwalzen von Bändern dazu, optimierte Prozessparameter für zukünftig
neu zu walzende Bänder zu generieren.
[0005] Die US-Patentschrift
US 2021/0178443 A1 offenbart eine Walzstraße mit mehreren Walzgerüsten zum Walzen eines flachen Walzgutes.
Hierbei werden einem Regelsystem vor dem Walzen sowohl Istgrößen des Walzgutes, die
das Walzgut vor dem Walzen aufweist, als auch Sollgrößen, die das Walzgut nach dem
Walzen haben soll, zugeführt. Das Regelsystem ermittelt auf Basis der Ist- und Sollgrößen
in Kombination mit einer Beschreibung der Walzlinie, die von einem Modell der Walzlinie
bereitgestellt wird, Werte für Steuer- bzw. Einstellvariable der Walzgerüste.
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Verfahren und Computerprogramm
zum Anpassen des Soll-Dickenwertes zur Regelung der Dicke eines neu zu walzenden Bandes
dahingehend weiterzubilden, dass nach dem Warm- oder Kaltwalzen des Bandes ein höherer
Ausbringungsanteil mit 1A-Qualität als im Stand der Technik resultiert, der die Toleranzanforderungen
des Endkunden erfüllt.
[0007] Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 beanspruchte Verfahren gelöst. Es
ist gekennzeichnet durch:
d) Generieren eines prognostizierten Dickenverlaufes für das neu zu walzende Band,
jeweils an derselben ersten Breitenposition über mindestens einem Längenabschnitt
des neu zu walzenden Bandes, auf Basis des in Schritt b) ermittelten Maximalwertes
und/oder Minimalwertes und des in Schritt c) ermittelten Mittelwertes, wobei der Längenabschnitt
des neu zu walzenden Bandes nach einer gleichen Vorschrift wie der Längenabschnitt
des mindestens einen in der Vergangenheit gewalzten Bandes festgelegt wird;
e) Wiederholen der Schritte b) und c) für den prognostizierten Dickenverlauf zum Ermitteln
eines prognostizierten Maximalwertes und/oder prognostizierten Minimalwertes und eines
prognostizierten Mittelwertes;
f) Prüfen, ob für den prognostizierten Dickenverlauf des neu zu walzenden Bandes der
Abstand zwischen dem prognostizierten Maximalwert und dem prognostizierten Minimalwert
kleiner ist als der Abstand zwischen einer vorgegebenen Soll-Obergrenze und einer
vorgegebenen Soll-Untergrenze ist; falls ja:
g1) Verändern des prognostizierten Mittelwertes an der ersten Breitenposition so,
dass das prognostizierte Maximum des prognostizierten Dickenverlaufs zumindest über
dem Längenabschnitt des neu zu walzenden Bandes zumindest bis auf einen vorgegebenen
Maximum-Sicherheitsabstand mit der Soll-Obergrenze übereinstimmt, wobei dann der so
veränderte prognostizierte Mittelwert als der angepasste Soll-Dickenwert für das neu
zu walzende Band über dem Längenabschnitt festgelegt wird; oder
g2) Verändern des prognostizierten Mittelwertes an der ersten Breitenposition so,
dass das prognostizierte Minimum des prognostizierten Dickenverlaufs zumindest über
dem Längenabschnitt des neu zu walzenden Bandes zumindest bis auf einen vorgegebenen
Minimum-Sicherheitsabstand mit der Soll-Untergrenze übereinstimmt, wobei dann der
so veränderte prognostizierte Mittelwert als der angepasste Soll-Dickenwert für das
neu zu walzende Band über dem Längenabschnitt festgelegt wird.
[0008] Die beanspruchte Alternative gemäß dem Verfahrensschritt 1 g1) empfiehlt sich, wenn
das neu zu walzende Band nach Tonnage oder unter dem Aspekt eines minimalen Energieverbrauchs
verkauft werden soll. Demgegenüber empfiehlt sich die Alternative gemäß dem beanspruchten
Verfahrensschritt 1 g2), wenn das neu zu walzende Band nach Produktlänge verkauft
werden soll.
[0009] Der Maximum-Sicherheitsabstand und der Minimum-Sicherheitsabstand sowie das Toleranzband
können jeweils - unabhängig voneinander - vorgegeben werden, optional auch zu Null.
[0010] Der "prognostizierte Mittelwert" des prognostizierten Dickenverlaufs des neu zu walzenden
Bandes repräsentiert den Achsenabschnitt des prognostizierten Dickenverlaufs in einem
Graphen, in dem die Dicke des Bandes über seiner Länge aufgetragen ist.
[0011] Der Begriff "Band" meint insbesondere ein Metallband. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist aber grundsätzlich auch auf Bänder aus einem beliebigen anderen Material als Metall
anendbar.
[0012] Durch das beanspruchte Verfahren wird erfindungsgemäß sichergestellt, dass beim Walzen
des Bandes die Filet-Länge des Bandes, d.h. die Länge bzw. der prozentuale Anteil
des gewalzten Bandes, die bzw. der den Toleranzanforderungen des Kunden genügt, vergrößert
und vorzugsweise auch qualitativ verbessert wird. Der Filet-Bereich eines Bandes ist
typischerweise sein mittlerer Bereich. Nicht dazu gehören der Bandanfang und das Bandende.
Die qualitative Optimierung des gewalzten Bandes ist primär im Interesse des Endkunden;
die Vergrößerung des qualitativ guten und damit verkaufbaren Anteils des Bandes nach
dem Walzen ist im Interesse des Walzwerkbetreibers, weil auf diese Weise weniger Ausschuss
produziert wird und deshalb zu geringeren Kosten produziert werden kann.
[0013] Gemäß dem beanspruchten Verfahren erfolgt die Optimierung durch eine Anpassung des
vorgegebenen Soll-Dickenwertes für eine Regelung der Dicke eines neu zu walzenden
Bandes für einen durchzuführenden Stich an mindestens einem Walzgerüst.
[0014] Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der
abhängigen Ansprüche.
[0015] Die oben genannte Aufgabe wird außerdem durch das beanspruchte Computerprogrammprodukt
gelöst. Die Vorteile des Computerprogrammproduktes entsprechen den oben mit Bezug
auf das beanspruchte Verfahren genannten Vorteilen.
[0016] Der Beschreibung sind 15 Figuren beigefügt, wobei
- Fig. 0
- ein Band;
- Figuren 1a) bis 1g1) bzw. 1g2)
- die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- Fig. 2 a) bis 2c)
- die Verfahrensschritte gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens;
- Fig. 3
- eine beispielhafte Vorschrift zur Definition des Längenabschnitts l'; und
- Figuren 4a) und 4b)
- das geeignete Anpassen eines Warmband-Soll-Dickenwertes für eine Dickenregelung eines
weiteren neu zu walzenden Bandes beim Warmwalzen an mindestens einer Breitenposition
so, dass bei einem nachfolgenden Kaltwalzen desselben Bandes der prognostizierte Maximalwert
unterhalb der vorgegebenen Soll-Obergrenze und der prognostizierte Minimalwert oberhalb
der vorgegebenen Soll-Untergrenze liegen; veranschaulicht.
[0017] Die Erfindung 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.
[0018] Fig. 0 veranschaulicht die nachfolgend verwendeten Bezugszeichen für bestimmte Parameter
eines Bandes 20. So bezeichnen die Bezugszeichen B1, B2 verschiedene Breitenpositionen
an dem Band. Die Bezugszeichen D, I bezeichnen die Dicke bzw. den Dickenverlauf und
die Länge eines Längenabschnitts von in der Vergangenheit gewalztem Band, während
die Bezugszeichen DP, l' die Dicke bzw. den Dickenverlauf und die Länge eines Längenabschnitts
für neu zu walzendes Band bezeichnen.
[0019] Mit den Verfahrensschritten
- a) Messtechnisches Erfassen des Dickenverlaufes D von mindestens einem bereits in
der Vergangenheit gewalzten Band, an mindestens einer ersten Breitenposition B1 über
mindestens einem Längenabschnitt I; siehe Fig. 1a);
- b) Analysieren des erfassten Dickenverlaufes D bei dem in der Vergangenheit gewalzten
Band im Hinblick auf den Maximalwert hMax und/oder den Minimalwert hMin über dem Längenabschnitt
I; siehe Fig. 1b); und
- c) Ermitteln eines Mittelwertes hpa aus dem mindestens einen erfassten Dickenverlauf
D über dem Längenabschnitt I oder aus Soll-Dicken-Vorgaben für das mindestens eine
in der Vergangenheit bereits gewalzte Band; siehe Fig. 1c)
gemäß dem Oberbegriff des Verfahrensanspruchs 1 schafft die vorliegende Erfindung
eine Datenbasis, auf der das erfindungsgemäße Verfahren weiter aufbaut. Die Schaffung
dieser Datenbasis erfolgt durch messtechnisches Erfassen und Analysieren der Dickenverläufe
von mindestens einem, typischerweise einer Vielzahl von in der Vergangenheit gewalzten
Bändern. Insbesondere werden von diesen Bändern die Dickenverläufe an mindestens einer
ersten Breitenposition über mindestens einem Längenabschnitt l in Längsrichtung des
Bandes erfasst und im Hinblick auf aufgetretene Abweichungen der Soll-Banddicke hin
ausgewertet. Konkret erfolgt bei der Analyse der erfassten Dickenverläufe die Ermittlung
von deren Maximal- und/oder Minimalwert hMax, hMin über dem Längenabschnitt l. Darüber
hinaus sieht das erfindungsgemäße Verfahren in Schritt c) vor, dass die Mittelwerte
der erfassten Dickenverläufe über dem Längenabschnitt oder aus Soll-Dicken-Vorgaben
für das mindestens eine bereits gewalzte Band ermittelt werden. Zusätzlich können
weitere Kenndaten des Bandes gespeichert werden, wie z.B. die zu erzielende Toleranzbreite
der Banddicke, die Soll-Banddicke und/oder das Bandprofil. Voraussetzung für die Ermittlung
der Kenndaten für das Bandprofil ist die Auswertung des Dickenverlaufs des Bandes
an mindestens zwei, typischerweise drei verschiedenen Breitenpositionen (B1, B2),
nämlich in der Nähe des linken und des rechten Randes sowie in der Mitte des Bandes.
All diese Informationen werden als Massendaten gespeichert und dienen bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren als Grundlage zur Durchführung der kennzeichnenden Verfahrensschritte d)
bis zumindest g1) oder g2), wie oben im allgemeinen Teil der Beschreibung als Lösung
der erfindungsgemäßen Aufgabe zitiert.
[0020] Gemäß Verfahrensschritt 1d), wie in Fig. 1d) veranschaulicht, wird ein prognostizierter
Dickenverlauf DP für das neu zu walzende Band, jeweils an derselben ersten Breitenposition
B1 über einem Längenabschnitt l' des neu zu walzenden Bandes, auf Basis des in Schritt
b) ermittelten Maximalwertes hMax und/oder Minimalwertes hMin und des in Schritt c)
ermittelten Mittelwertes hpa generiert. Dabei wird der Längenabschnitt l' des neu
zu walzenden Bandes 20 nach einer gleichen Vorschrift wie der Längenabschnitt I des
mindestens einen in der Vergangenheit gewalzten Bandes 20 festgelegt. Die Vorschrift
wird weiter unten unter Bezugnahme auf Fig. 3 näher beschrieben.
[0021] Sodann werden gemäß Schritt 1e), wie in Fig. 1e) veranschaulicht, die Schritte b)
und c) für den prognostizierten Dickenverlauf DP über dessen Längenabschnitt l' wiederholt
zum Ermitteln eines prognostizierten Maximalwertes hpmx und/oder prognostizierten
Minimalwertes hpmi und eines prognostizierten Mittelwertes hp.
[0022] Nachfolgend wird gemäß Fig. 1f) in Schritt 1f) geprüft, ob für den prognostizierten
Dickenverlauf DP des neu zu walzenden Bandes 20 über dessen Längenabschnitt l' der
Abstand dAct zwischen dem prognostizierten Maximalwert hpmx und dem prognostizierten
Minimalwert hpmi kleiner ist als der Abstand dRef zwischen einer vorgegebenen Soll-Obergrenze
Vo und einer vorgegebenen Soll-Untergrenze Vu ist. Die Grenzen Vo, Vu definieren ein
vom Endkunden vorgegebenes Toleranzband für die Dicke des Bandes. Bei Vo und Vu handelt
es sich meist um Level 3-Daten.
[0023] Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Soll-Dickenwerte für das neu zu
walzende Band für das Level 1 und das Level 2 nicht wie im Stand der Technik gemäß
der Vorgabe des Endkunden festgelegt, sondern es wird erfindungsgemäß ein Soll-Dickenwert
für das neu zu walzende Band derart aktiv angepasst und vorgegeben, dass ein für den
Betreiber einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verbesserter
Arbeitspunkt erreicht wird. Falls die Prüfung in Schritt f) bejaht wird, erfolgt dies
nachfolgend entweder gemäß Schritt 1g1) oder 1g2):
Für Bänder, die üblicherweise nach Tonnen verkauft werden, wird dieser optimierte
Arbeitspunkt gemäß Verfahrensschritt 1g1) wie folgt ermittelt, siehe auch Fig. 1g1):
Schritt 1g1): Verändern des prognostizierten Mittelwertes hp an der ersten Breitenposition
B1 so, dass das prognostizierte Maximum hpmx des prognostizierten Dickenverlaufs DP
zumindest über dem Längenabschnitt l' des neu zu walzenden Bandes 20 zumindest bis
auf einen vorgegebenen Maximum-Sicherheitsabstand dsmx mit der Soll-Obergrenze Vo
übereinstimmt, wobei dann der so veränderte prognostizierte Mittelwert hpn als der
angepasste Soll-Dickenwert für das neu zu walzende Band 20 über dem Längenabschnitt
l' festgelegt wird.
[0024] Mit der beanspruchten Verschiebung des prognostizierten Mittelwertes in Richtung
der oberen Grenze des Toleranzbandes des Endkunden, d.h. in Richtung der Soll-Obergrenze
Vo, wird das neue Band von dem Walzgerüst auf einen - gegenüber dem im Stand der Technik
üblichen Mittelwert - etwas vergrößerten Mittelwert hpn gewalzt. Die Walzung kann
vorteilhafterweise schneller und mit geringerem Walzenabrieb bzw. Verschleiß erfolgen.
Das geht einher mit einem geringeren Energieaufwand und mit geringerer Wartung. Auf
diese Weise kann die Ausbringung des Walzwerks erhöht und es können mehr Tonnen in
gleicher Zeit durchgesetzt werden. Oft können die Folgeprozesse das Band schneller
bzw. eher behandeln. Für den Betreiber der Walzanlage ist dieses Vorgehen effizienter
als das Vorgehen gemäß dem Stand der Technik.
[0025] Verkauft der Betreiber das Band aber beispielsweise abhängig von seiner Länge, so
empfiehlt sich der alternative Verfahrensschritt 1g2) gemäß dem erfindungsgemäßen
Verfahren, wie in Fig. 1g2) veranschaulicht:
Schritt g2) lautet: Verändern des prognostizierten Mittelwertes hp an der ersten Breitenposition
B1 so, dass das prognostizierte Minimum hpmi des prognostizierten Dickenverlaufs DP
zumindest über dem Längenabschnitt l' des neu zu walzenden Bandes 20 zumindest bis
auf einen vorgegebenen Minimum-Sicherheitsabstand dsmi mit der Soll-Untergrenze Vu
übereinstimmt, wobei dann der so veränderte prognostizierte Mittelwert hpn als der
angepasste Soll-Dickenwert für das neu zu walzende Band 20 über dem Längenabschnitt
festgelegt wird.
[0026] Der gemäß dieser Verfahrensalternative resultierende angepasste Soll-Dickenwert hpn
ist an die Soll-Untergrenze Vu des von dem Endkunden vorgegebenen Dicken-Toleranzbandes
verschoben. Daraus resultiert ein längeres Coil pro Zeiteinheit und somit eine größere
verkaufbare Ausbringungsmenge, d.h. mehr Produktivität.
[0027] Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor,
dass gemäß einer ersten Alternative die Schritte a) bis g1) oder dass gemäß einer
zweiten Alternative die Schritte a) bis f) und g2) jeweils für mindestens eine weitere
Breitenposition B2 der Bänder wiederholt werden. Sowohl bei der ersten Alternative
wie auch bei der zweiten Alternative resultieren dann zunächst jeweils mindestens
zwei unterschiedliche prognostizierte Dickenverläufe DPB1, DPB2 an jeweils unterschiedlichen
Breitenpositionen B1 und B2 mit individuellen Dickenmittelwerten hpB1, hpB2; siehe
Fig. 2a.
[0028] Bei Fortführung des Verfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel resultiert sowohl
im Fall der ersten Alternative als auch im Fall der zweiten Alternative ein veränderter
prognostizierter Mittelwert hpn für die mindestens eine weitere Breitenposition B2.
Die Ermittlung dieses jeweils veränderten prognostizierten Mittelwertes für die Breitenposition
B2 erfolgt analog zur Ermittlung an der Breitenposition B1. Im Ergebnis liegen dann
pro Band mindestens zwei veränderte prognostizierte Mittelwerte hpnB1, hpnB2 an den
Breitenpositionen B1 und B2 vor; siehe die Figuren 2b) und 2c).
[0029] Im Fall der ersten Alternative wird sodann ein minimaler Mittelwert hpn aus der Menge
der veränderten prognostizierten Mittelwerte an der ersten und an der mindestens einen
weiteren Breitenposition B1, B2 ausgewählt und als der angepasste Soll-Dickenwert
zum Walzen des neuen Bandes 20 festgelegt. Das erfolgt gemäß der folgenden Formel:

[0030] Im Fall der zweiten Alternative wird der maximale Mittelwert hpn aus der Menge der
veränderten prognostizierten Mittelwerte an der ersten und an der mindestens einen
weiteren Breitenposition B2 ausgewählt und als der angepasste Soll-Dickenwert zum
Walzen des neuen Bandes 20 festgelegt. Das erfolgt gemäß der folgenden Formel:

[0031] Durch die Wiederholung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte an verschiedenen
Breitenpositionen des Bandes, einmalig oder kontinuierlich, kann vorteilhafterweise
erreicht werden, dass das Band über die gesamte Bandbreite innerhalb der vom Endkunden
geforderten Toleranzen gehalten wird. Dies gelingt erfindungsgemäß durch die besagten
Prozessanpassungen, die für jedes Band individuell berechnet werden. Durch die Wiederholung
der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte an verschiedenen Breitenpositionen des Bandes
kann das an einer einzelnen Breitenposition durchgeführte Verfahren weiter nachgeschärft
werden, um die Produktivität und Qualität zu optimieren. Zusätzlich bietet die Berücksichtigung
der Profile an den verschiedenen Breitenpositionen die Möglichkeit, auch die Maximalzusage
von angefragten, engsten Kundentoleranzen über die gesamte Breite des Bandes zu erweitern
und somit auch neue und engere Toleranzanforderungen von beispielsweise Automobilherstellern
darstellen zu können. Dies wird sich in einem größeren Marktvolumen eines Stahlherstellers
niederschlagen sowie je nach Fähigkeit der Marktbegleiter in einer höheren Marge.
[0032] Beispiel 1: Ein Band muss in engen Dickentoleranzen kaltgewalzt werden, die Bombierung,
d.h. das Querschnittsprofil, und der Keilanteil des Bandes in dessen Querschnitt sind
bekannt. Im Stand der Technik wird die Banddicke rein über die Breitenposition Bandmitte
geregelt. Da sich das relative Bandprofil beim Kaltwalzen nahezu nicht ändert, ist
der Dickenunterschied zwischen Bandmitte und Bandkante ermittelbar. Mit diesem ermittelten
Wert kann der Soll-Dickenwert für die (Breiten-) Mitte des Bandes mit Hilfe des erfindungsgemäßen
Verfahrens automatisch so vorgegeben werden, dass sowohl die Dicke am Rand als auch
die Dicke in der (Breiten-) Mitte des Bandes in Toleranz gewalzt werden. Wenn die
geforderten Toleranzen es zulassen, ist zusätzlich eine Produktivitätsoptimierung
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung möglich.
[0033] Beispiel 2: Ein Band wird in engen Dickentoleranzen warmgewalzt. Da im Kaltwalzprozess
der Soll-Dickenwert des Kaltbandes als auch die Bombierung und Keil des Warmbandes
bekannt sind, kann auch hier der anzustrebende mittlere Soll-Dickenwert im Kaltwalzprozess
so angepasst werden, dass die gesamte Bandbreite innerhalb der Toleranz liegt. Zusätzlich
kann aus den Warmwalzdaten vor dem Kaltwalzprozess ermittelt werden, ob die Zieltoleranzen
überhaupt erreicht werden können. Dies kann daher vor dem Walzen in der Produktionsplanung
berücksichtigt werden und stellt dadurch einen zusätzlichen Mehrwert dar, da ein solches
Warmband dann für einen anderen Kaltwalzauftrag mit geringerer Qualitätsanforderung
ggf. eingeplant werden kann bei dem die Toleranzen mit dem gegebenen Warmbandprofil
zu 100 % erreicht werden. Dies stellt einen erheblichen Mehrwert dar. Dies wird üblicherweise
"Predictive Quality" genannt.
[0034] Intelligente Vernetzung verschiedener Mill Produkts zur Steigerung der Gesamtproduktivität,
Variante 3.
[0035] Beispielsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren für die Bearbeitung des Bandes
in einem Warmwalzwerk und in einem Kaltwalzwerk getrennt durchgeführt bzw. berechnet.
Für beide Prozesse wird online ihr Einsparungspotential, z.B. monetär, qualitativ
und energetisch berechnet. Die kalkulierten Prozessparameter, die unter Berücksichtigung
der Enddicken und Toleranzen, am günstigsten für den Betreiber erscheinen, werden
gewählt und umgesetzt. Beispielsweise erkennen beide Berechnungen einen Mehrwert darin,
dass die mittlere Banddicke im oberen Toleranzbereich liegt. Das bedeutet, dass die
mittlere Zieldicke im Warmbandwerk zwar eingehalten wird, aber bei gleichzeitiger
Reduzierung der max. Bombierung und des Keils auf einen gewissen Wert. Dadurch muss
das Kaltwalzwerk im einfachsten Fall nur auf den ursprünglichen Zielwert (Stand der
Technik) fahren.
[0036] Optional könnte das Kaltwalzwerk auch über den Stand der Technik hinaus dem Warmwalzwerk
mitteilen, in welchem erweiterten Dickenbereichen es ggf. operieren kann (beispielsweise
Zulassung einer höheren Bombierung oder Keil am Warmband, dadurch ergeben sich z.B.
Planungsoptimierungen im Warmbandbereich (Wechsel von Walzen) oder andere Energieeinsparungen.
Umgekehrt ist dies natürlich auch möglich. Hierzu können sich die Berechnungen für
das Warmwalzwerk und für das Kaltwalzwerk optional inhaltlich austauschen, mit dem
Ziel, dass das priorisierte System (z.B. das Warmwalzwerk) sogar über die eigenen
Toleranzgrenzen hinaus operieren darf, unter Kenntnis und Berücksichtigung, welche
Abweichungen und in welcher Größenordnung diese im Downstream Prozess, d.h. dem nachgelagerten
Kaltwalzprozess, kompensiert werden kann. Die Kaltwalzanlage und auch der Downstreamprozess
sorgen weiterhin für das sichere Erreichen der Zielgrößen des Endkunden unter Berücksichtigung
der ggf. abweichenden Hauptparameter aus dem Warmbandwerk. Eine Ausweitung des Austausches
der Prozessdaten über das Kaltwalzwerk hinaus, beispielsweise in Beschichtungsanlagen,
würde zu weiteren Einsparungen führen. Das könnte z.B. durch Anpassung der Zinkauflagen
(Erhöhung oder Erniedrigung der Auflagen im Rahmen der Kundenendtoleranz oder zur
Erreichung der Kundenendtoleranz) erfolgen. Auch eine Anpassung der Dressierabnahme
im Dressiergerüst wäre denkbar, die mit Blick auf die Toleranzen der mechanischen
Werte, möglich ist. Dadurch könnten Bänder, die profil- oder dickenbedingt leicht
über oder unter der Toleranzgrenze liegen, noch in den zulässigen Toleranzbereich
überführt werden.
[0037] Fig. 3 veranschaulicht beispielhaft eine erfindungsgemäße Vorschrift zur Definition
des Längenabschnitts l'. Diese Vorschrift weist folgende Schritte auf:
- Ermitteln des Verlaufes von mindestens einem der folgenden Parameter für das mindestens
eine in der Vergangenheit gewalzte Band, wie Materialstreckgrenze, Banddimension,
Walzgeschwindigkeit v und/oder Änderung der Walzgeschwindigkeit;
- Definieren des Längenabschnittes l' für das neu zu walzende Band 20 als denjenigen
Längenabschnitt in dem der Verlauf des mindestens Parameters in einem vorbestimmten
Toleranzband Δ liegt oder eine Änderung erfährt, die oberhalb oder unterhalb mindestens
eines vorgegebenen Änderungs-Schwellenwertes liegt.
[0038] Fig. 3 zeigt beispielhaft einen Verlauf für den Parameter Walzgeschwindigkeit v.
Nur für die Längenabschnitte l'2, l'7 und l'8 liegt die Walzgeschwindigkeit v innerhalb
des Toleranzbandes Δ. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden nur diese Längenabschnitte,
die beispielhaft diese Bedingung erfüllen, als prognostizierte Längenabschnitte in
Verfahrensschritt 1d) festgelegt.
[0039] Nach dem Ermitteln des angepassten Soll-Dickenwertes gemäß dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird die Ist-Dicke des neuen Bandes 20 über dem Längenabschnitt l' auf den
angepassten Soll-Dickenwert geregelt. Im Rahmen dieser Dickenregelung fungiert der
angepasste Soll-Dickenwert als Führungsgröße und das Walzgerüst dient als Stellglied;
insbesondere der Walzspalt des Walzgerüstes wird bei der Dickenregelung geeignet variiert.
[0040] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln des angepassten Soll-Dickenwertes kann
offline zeitlich vor dem Walzen des neu zu walzenden Bandes für den mindestens einen
Längenabschnitt l' des neu zu walzenden Bandes durchgeführt werden. Der Begriff "offline"
bedeutet hier: "nicht während eines laufenden Walzvorganges".
[0041] Alternativ kann das Verfahren zum Ermitteln des angepassten Soll-Dickenwertes während
des Walzens eines Längenabschnittes des Bandes durchgeführt werden. Der daraus resultierende
angepasste Soll-Dickenwert kann dann als Führungsgröße der Dickenregelung mit Hilfe
des Walzgerüsts noch während des Walzens des aktuellen Längenabschnitts des Bandes
und/oder bei mindestens einem später zu walzenden Längenabschnitt desselben Bandes
und/oder bei mindestens einem weiteren neuen Bandes verwendet werden.
[0042] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der angepassten Soll-Dickenwerte für
eine Dickenregelung kann Anwendung finden, wenn das neu zu walzende Band 20 in einer
Warmbandstraße warm und/oder in einem Kaltwalzwerk kalt gewalzt wird.
[0043] Wenn bei Durchführung des Verfahrens vor oder während des Kaltwalzens des Längenabschnitts
l' des neu zu walzenden Bandes festgestellt wird, dass das Prüfkriterium gemäß Schritt
1f) für den Längenabschnitt l' beim Kaltwalzen in einem Kaltwalzwerk zwar erfüllt
ist, aber der prognostizierte Maximalwert hpmx oberhalb von der vorgegebenen Soll-Obergrenze
Vo oder der prognostizierte Minimalwert hpmi unterhalb von der vorgegebenen Soll-Untergrenze
Vu liegt - sieht das Verfahren folgende Vorgehensweise vor:
Für einen Längenabschnitt eines weiteren neuen Bandes 20, das zunächst in einer Warmbandstraße
warm und anschließend in einer Kaltwalzstraße kalt gewalzt werden soll, wird ein Warmband-Soll-Dickenwert
an mindestens einer Breitenposition als Führungsgröße für eine Dickenregelung mit
Hilfe eines Walzgerüstes in der Warmbandstraße so angepasst, dass bei dem nachfolgenden
Kaltwalzen des weiteren neuen Bandes 20 der prognostizierte Maximalwert hpmx* unterhalb
der vorgegebenen Soll-Obergrenze Vo und der prognostizierte Minimalwert hpmi* oberhalb
der vorgegebenen Soll-Untergrenze Vu liegen. Diese Vorgehensweise wird in den Figuren
4a) und 4b) veranschaulicht.
[0044] In beiden Fig. 4a) und 4b) ist die Ausgangssituation dieselbe, nämlich dass der prognostizierte
Dickenverlauf für ein weiteres neuerlich kaltzuwalzendes Band den prognostizierten
Maximalwert hpmx und den prognostizierten Minimalwert hpmi aufweisen würde.
[0045] Fig. 4a) zeigt die unerwünschte Situation, dass der prognostizierte Maximalwert hpmx
über der typischerweise vom Endkunden vorgegebenen Soll-Obergrenze Vo liegen würde.
Um diese Situation zu vermeiden, sieht die besagte Vorgehensweise vor, bereits in
den dem Kaltwalzen vorgelagerten Warmwalzprozess des weiteren Bandes derart einzugreifen,
dass die Enddicke des aus dem letzten Walzgerüstes der Warmbandstraße auslaufenden
weiteren neuen Bandes geeignet verringert wird. Dies erfolgt konkret durch eine Absenkung
des Warmband-Soll-Dickenwertes an mindestens einer Breitenposition des weiteren neuen
Bandes als Führungsgröße für die Dickenregelung des Bandes mit Hilfe eines Walzgerüstes
in der Warmbandstraße. Damit ist dann automatisch auch die Einlaufdicke des weiteren
neuen Bandes in die nachfolgenden Kaltwalzgerüste geringer und zwar so, dass sein
prognostizierter Maximalwert hpmx unterhalb der Soll-Obergrenze Vo liegt, nämlich
bei hpmx*. Dement-sprechend verringert sich der prognostizierte Minimalwert hpmi um
den gleichen Betrag auf hpmi*. Dabei ist darauf zu achten, dass die Absenkung nur
soweit erfolgt, dass immer noch gilt hpmi*>Vu. Aufgrund der oben unter Bezugnahme
auf Fig. 1f) definierten Bedingung d
Act < d
Ref ist das möglich.
[0046] Fig. 4b) zeigt eine ähnliche unerwünschte Situation, bei der der prognostizierte
Minimalwert hpmi unter der typischerweise vom Endkunden vorgegebenen Soll-Untergrenze
Vu liegen würde. Um diese Situation zu vermeiden, sieht die besagte Vorgehensweise
vor, bereits in den dem Kaltwalzen vorgelagerten Warmwalzprozess des weiteren Bandes
derart einzugreifen, dass die Enddicke des aus dem letzten Walzgerüstes der Warmbandstraße
auslaufenden weiteren neuen Bandes geeignet vergrößert wird. Dies erfolgt konkret
durch eine Anhebung des Warmband-Soll-Dickenwertes an mindestens einer Breitenposition
des weiteren neuen Bandes als Führungsgröße für die Dickenregelung des Bandes mit
Hilfe eines Walzgerüstes in der Warmbandstraße. Damit ist dann automatisch auch die
Einlaufdicke des weiteren neuen Bandes in die nachfolgenden Kaltwalz-gerüste vergrößert
und zwar so, dass sein prognostizierter Minimalwert hpmi oberhalb der Soll-Untergrenze
Vu liegt, nämlich bei hpmi*. Dementsprechend vergrößert sich der prognostizierte Maximalwert
hpmx um den gleichen Betrag auf hpmx*. Dabei ist darauf zu achten, dass die Anhebung
nur so weit erfolgt, dass immer noch gilt hpmx*1 <Vo. Aufgrund der oben unter Bezugnahme
auf Fig. 1f) definierten Bedingung d
Act < d
Ref ist das möglich.
[0047] Das soeben unter Bezugnahme auf die Fig. 4a und 4b beschriebene Vorgehen ist insofern
ideal, als dass im Warmwalzwerk bereits die Zieldicke des neu zu walzenden Metallbandes
verändert wird. Ist das aber nicht möglich, z.B. weil das Band bereits warm gewalzt
ist oder der Kunde ausschließlich ein Kaltwalzwerk betreibt, kann auch ausschließlich
im Kaltwalzprozess eine Veränderung des Sollwertes für diesen Längenabschnitt erfolgen.
[0048] Vorzugsweise werden die Warmband-Soll-Dickenwerte nicht nur an einer, sondern an
zwei oder mehr Breitenpositionen, die beispielsweise ein Profil oder eine Keiligkeit
beschreiben, vorgegeben. Die Verfahrensschritte 1g1) oder 1g2) können dann auf das
weitere neue Band angewendet werden. In dem Fall, dass Schritt 1f) nicht erfüllt ist,
kann eine Meldung abgesetzt werden, dass die Soll-Obergrenze Vo und/oder die Soll-Untergrenze
Vu von dem neuen Band 20 voraussichtlich nicht eingehalten werden kann.
[0049] Bei dem Längenabschnitt l' des neu zu walzenden Bandes 20 handelt es sich beispielsweise
um einen Abschnitt an dem Bandanfang und/oder einen Abschnitt an dem Bandende des
neu zu walzenden Bandes 20.
[0050] Bei der beanspruchten Dickenregelung handelt es sich um eine der folgenden aus dem
Stand der Technik bekannten Regelungen: Die Regelung der Banddicke auf einen absoluten
Zielwert gemessen an mindestens einer Bandbreitenposition oder die "Elongationsregelung",
die eine konstante Abnahme für das neu zu walzende Band einstellt, wobei die Höhe
der Abnahme basierend auf dem angepassten Soll-Dickenwert für dieses neu zu walzende
Band so modifiziert wird, das der prognostizierte Maximalwert hpmx unterhalb der vorgegebenen
Soll-Obergrenze Vo und/oder der prognostizierte Minimalwert hpmi oberhalb der vorgegebenen
Soll-Untergrenze Vu liegen.
1. Verfahren zum Anpassen des Soll-Dickenwertes für eine Regelung der Dicke eines neu
zu walzenden Bandes (20) für mindestens ein Walzgerüst, aufweisend folgende Schritte:
a) Messtechnisches Erfassen des Dickenverlaufes (D) von mindestens einem bereits in
der Vergangenheit gewalzten Band, an einer ersten Breitenposition (B1) über mindestens
einem Längenabschnitt (I);
b) Analysieren des erfassten Dickenverlaufes (D) im Hinblick auf einen Maximalwert
(hMax) und/oder einen Minimalwert (hMin) über dem Längenabschnitt (I);
c) Ermitteln eines Mittelwertes (hpa) aus dem mindestens einen erfassten Dickenverlauf
über dem Längenabschnitt (l) oder aus Soll-Dicken-Vorgaben für das mindestens eine
bereits gewalzte Band;
gekennzeichnet durch:
d) Generieren eines prognostizierten Dickenverlaufes (DP) für das neu zu walzende
Band, jeweils an derselben ersten Breitenposition (B1) über mindestens einem Längenabschnitt
(l') des neu zu walzenden Bandes, auf Basis des in Schritt b) ermittelten Maximalwertes
(hMax) und/oder Minimalwertes (hMin) und des in Schritt c) ermittelten Mittelwertes
(hpa), wobei der Längenabschnitt (l') des neu zu walzenden Bandes (20) nach einer
gleichen Vorschrift wie der Längenabschnitt (I) des mindestens einen in der Vergangenheit
gewalzten Bandes (20) festgelegt wird;
e) Wiederholen der Schritte b) und c) für den prognostizierten Dickenverlauf (DP)
zum Ermitteln eines prognostizierten Maximalwertes (hpmx) und/oder prognostizierten
Minimalwertes (hpmi) und eines prognostizierten Mittelwertes (hp);
f) Prüfen, ob für den prognostizierten Dickenverlauf (DP) des neu zu walzenden Bandes
(20) ein Abstand (dAct) zwischen dem prognostizierten Maximalwert (hpmx) und dem prognostizierten
Minimalwert (hpmi) kleiner ist als ein Abstand (dRef) zwischen einer vorgegebenen
Soll-Obergrenze (Vo) und einer vorgegebenen Soll-Untergrenze (Vu) ist;
falls ja:
g1) Verändern des prognostizierten Mittelwertes (hp) an der ersten Breitenposition
(B1) so, dass das prognostizierte Maximum (hpmx) des prognostizierten Dickenverlaufs
(DP) zumindest über dem Längenabschnitt (l') des neu zu walzenden Bandes (20) zumindest
bis auf einen vorgegebenen Maximum-Sicherheitsabstand (dsmx) mit der Soll-Obergrenze
(Vo) übereinstimmt, wobei dann ein so veränderter prognostizierter Mittelwert (hpn)
als der angepasste Soll-Dickenwert für das neu zu walzende Band (20) über dem Längenabschnitt
(l') festgelegt wird; oder
g2) Verändern des prognostizierten Mittelwertes (hp) an der ersten Breitenposition
(B1) so, dass das prognostizierte Minimum (hpmi) des prognostizierten Dickenverlaufs
(DP) zumindest über dem Längenabschnitt (l') des neu zu walzenden Bandes (20) zumindest
bis auf einen vorgegebenen Minimum-Sicherheitsabstand (dsmi) mit der Soll-Untergrenze
(Vu) übereinstimmt, wobei dann ein so veränderter prognostizierter Mittelwert (hpn)
als der angepasste Soll-Dickenwert für das neu zu walzende Band (20) über dem Längenabschnitt
(l') festgelegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass gemäß einer ersten Alternative die Schritte a) bis g1) oder dass gemäß einer zweiten
Alternative die Schritte a) bis f) und g2) jeweils für mindestens eine weitere Breitenposition
(B2) der Bänder wiederholt werden,
dass aus der ersten Alternative oder der zweiten Alternative ein veränderter prognostizierter
Mittelwert (hpn') für die mindestens eine weitere Breitenposition (B2) resultiert;
und
dass im Fall der ersten Alternative der minimale Mittelwert aus der Menge der veränderten
prognostizierten Mittelwerte an der ersten Breitenposition (B1) und an der mindestens
einen weiteren Breitenposition (B2) ausgewählt und als der angepasste Soll-Dickenwert
zum Walzen des neuen Bandes (20) festgelegt wird; oder
dass im Fall der zweiten Alternative der maximale Mittelwert aus der Menge der veränderten
prognostizierten Mittelwerte an der ersten Breitenposition (B1) und an der mindestens
einen weiteren Breitenposition (B2) ausgewählt und als der angepasste Soll-Dickenwert
zum Walzen des neuen Bandes (20) festgelegt wird.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorschrift zur Definition des Längenabschnitts (l') folgende Schritte aufweist:
- Ermitteln des Verlaufes von mindestens einem der folgenden Parameter für das mindestens
eine in der Vergangenheit gewalzte Band, wie Materialstreckgrenze, Banddimension,
Walzgeschwindigkeit und/oder Änderung der Walzgeschwindigkeit;
- Definieren des Längenabschnittes (l') für das neu zu walzende Band (20) als denjenigen
Längenabschnitt in dem der Verlauf des mindestens Parameters in einem vorbestimmten
Toleranzband (Δ) liegt oder eine Änderung erfährt, die oberhalb oder unterhalb mindestens
eines vorgegebenen Änderungs-Schwellenwertes liegt.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
gekennzeichnet durch
Regeln der Ist-Dicke des neuen Bandes (20) über dem Längenabschnitt (l') auf den angepassten
Soll-Dickenwert als Führungsgröße, wobei das Walzgerüst mit seinem variabel einstellbaren
Walzspalt als Stellglied dient.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren offline zeitlich vor dem Walzen des neu zu walzenden Bandes für den
mindestens einen Längenabschnitt (l') des neu zu walzenden Bandes durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren während des Walzens eines Längenabschnittes des Bandes durchgeführt
wird, und dass der daraus resultierende angepasste Soll-Dickenwert als Führungsgröße
einer Dickenregelung des Bandes mit Hilfe des Walzgerüstes noch während des Walzens
des aktuellen Längenabschnitts des Bandes und/oder bei mindestens einem später zu
walzenden Längenabschnitt desselben Bandes und/oder bei mindestens einem weiteren
neuen Bandes verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das neu zu walzende Band (20) in einer Warmbandstraße warm und/oder in einem Kaltwalzwerk
kalt gewalzt und dabei mit den erfindungsgemäß ermittelten angepassten Soll-Dickenwerten
dickengeregelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass - wenn bei Durchführung des Verfahrens vor oder während des Kaltwalzens des Längenabschnitts
(l') des neu zu walzenden Bandes festgestellt wird, dass das Prüfkriterium gemäß Schritt
1f) für den Längenabschnitt (l') beim Kaltwalzen in einem Kaltwalzwerk zwar erfüllt
ist, aber der prognostizierte Maximalwert (hpmx) oberhalb von der vorgegebenen Soll-Obergrenze
(Vo) oder der prognostizierte Minimalwert (hpmi) unterhalb von der vorgegebenen Soll-Untergrenze
(Vu) liegt - das Verfahren folgende Vorgehensweise vorsieht:
Für einen Längenabschnitt eines weiteren neuen Bandes (20), das zunächst warm und
anschließend kalt gewalzt werden soll, wird ein Warmband-Soll-Dickenwert an mindestens
einer Breitenposition als Führungsgröße für eine Dickenregelung mit Hilfe eines Walzgerüstes
in einer Warmbandstraße so angepasst, dass bei dem nachfolgenden Kaltwalzen des weiteren
neuen Bandes (20) ein prognostizierter Maximalwert (hpmx*) unterhalb der vorgegebenen
Soll-Obergrenze (Vo) und ein prognostizierter Minimalwert (hpmi*) oberhalb der vorgegebenen
Soll-Untergrenze (Vu) liegen.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Fall, dass Schritt 1f) nicht erfüllt ist, eine Meldung abgesetzt wird,
dass die Soll-Obergrenze (Vo) und/oder die Soll-Untergrenze (Vu) von dem neuen Band (20)
voraussichtlich nicht eingehalten werden kann.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche;
dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei dem Längenabschnitt (l') des neu zu walzenden Bandes (20) um einen Abschnitt
an dem Bandanfang und/oder einen Abschnitt an dem Bandende des neu zu walzenden Bandes
(20) handelt.
11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche;
dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei der Dickenregelung entweder um eine Regelung der Banddicke auf einen
absoluten Zielwert gemessen an mindestens einer Bandbreitenposition oder um eine "Elongationsregelung"
handelt, die eine konstante Abnahme für das neu zu walzende Band einstellt, wobei
die Höhe der Abnahme basierend auf dem angepassten Soll-Dickenwert für dieses neu
zu walzende Band so modifiziert wird, das der prognostizierte Maximalwert (hpmx) unterhalb
der vorgegebenen Soll-Obergrenze (Vo) und/oder der prognostizierte Minimalwert (hpmi)
oberhalb der vorgegebenen Soll-Untergrenze (Vu) liegen.
12. Computerprogrammprodukt, das in den internen Speicher eines digitalen Computers geladen
werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte gemäß dem Verfahren
nach einem der vorangegangenen Ansprüche ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt
auf dem Computer abläuft.