Laterale Führung und Formgebung beim Grobblechwalzen

Projektschwerpunkte

• Modellierung des Geradeauslaufs und der Konturentwicklung von Walztafeln
• Entwicklung einer Messeinrichtung zur kontinuierlichen Ermittlung der Walztafelkontur
• Entwurf von Regelungsstrategien zur Reduktion von Geometrieabweichungen

Beschreibung

Im Walzwerk werden Brammen mittels Reversierwalzgerüsten zu Grobblechen mit einer bestimmten Produktdicke ausgewalzt. Dabei können bedingt durch den Walzprozess unerwünschte, geometrische Abweichungen um die Hochachse der Walztafel (Säbel) auftreten. Außerdem kann es zu Abweichungen von der geradlinigen Bewegung der Walztafel durch den Walzspalt kommen. Stetig steigende Qualitätsanforderungen an die Produkte verlangen eine Minimierung solcher Nichtidealitäten.

Walztafel mit und ohne Säbel (Draufsicht).

Zur Simulation der Entstehung des Säbels beim Walzprozess werden mathematische Modelle verwendet. Hierbei kommen kontinuumsmechanische Modelle zum Einsatz, die ausgehend von der plastischen Verformung im Walzspalt die Resteigenspannungen und die Konturevolution liefern. Anhand der Modelle lassen sich verschiedene Einflussfaktoren auf die Säbelbildung untersuchen und mögliche Optimierungspotenziale am Gerüst identifizieren.

Quarto-Reversierwalzgerüst, © Dillinger Hüttenwerke AG.

Zur Detektion und Charakterisierung vorhandener Säbel wird eine kamerabasierte Messeinrichtung verwendet. Diese erfasst in Echtzeit neben der Kontur auch die Bewegung der Walztafel während des Stiches. Die Messverfahren müssen den widrigen Umgebungsbedingungen am Walzgerüst standhalten. Zusätzlich stellt die Realisierung einer möglichst verzögerungsfreien Messung eine Herausforderung dar.

Basierend auf der Modellierung der Säbelbildung werden Regelungs- und Optimierungsstrategien zur Reduktion vorhandener Säbel erstellt. Hierbei können verschiedene Stelleingriffe am Walzgerüst genutzt werden, um unter Einhaltung zusätzlicher Anforderungen (z.B. Dicke des Endproduktes) und Gewährleistung des Geradeauslaufs die gewünschte Form der Walztafel einzustellen.

Die entwickelten Lösungen wurden erfolgreich an einem Grobblech Walzgerüst implementiert und werden dort nun im Dauerbetrieb genützt.

Ausgewählte Veröffentlichungen

• F. Schausberger, A. Steinboeck, and Kugi, Optimization-based reduction of contour errors of heavy plates in hot rolling, Journal of Process Control, vol. 47, p. 150–160, 2016.
  [BibTex] [Download]

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  Journal = {Journal of Process Control},
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  Year = {2016},
  Doi = {10.1016/j.jprocont.2016.09.010},
  ISSN = {0959-1524},
  }

• F. Schausberger, A. Steinboeck, A. Kugi, M. Jochum, D. Wild, and T. Kiefer, Vision-Based Material Tracking in Heavy-Plate Rolling, in Proceedings of the 17th IFAC Symposium on Control, Optimization and Automation in Mining, Mineral and Metal Processing (MMM), Vienna, Austria, 2016, p. 108–113.
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  address = {Vienna, Austria},
  issn = {2405-8963},
  }

• F. Schausberger, K. Speicher, A. Steinboeck, M. Jochum, and A. Kugi, Two Illustrative Examples to Show the Potential of Thermography for Process Monitoring and Control in Hot Rolling, in Proceedings of the 4th IFAC Workshop on Mining, Mineral and Metal Processing (MMM), Oulu, Finland, 2015, p. 48–53.
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  booktitle = {Proceedings of the 4th IFAC Workshop on Mining, Mineral and Metal Processing (MMM)},
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  month = {8},
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  doi = {10.1016/j.ifacol.2015.10.076},
  address = {Oulu, Finland},
  issn = {2405-8963},
  }

• F. Schausberger, A. Steinboeck, and A. Kugi, Mathematical modeling of the contour evolution of heavy plates in hot rolling, Applied Mathematical Modelling, vol. 39, p. 4534–4547, 2015.
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  Title = {Mathematical modeling of the contour evolution of heavy plates in hot rolling},
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  Journal = {Applied Mathematical Modelling},
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  Year = {2015},
  Doi = {10.1016/j.apm.2015.01.017},
  }

• F. Schausberger, A. Steinboeck, and A. Kugi, Optimization-based estimator for the contour and movement of heavy plates in hot rolling, Journal of Process Control, vol. 29, p. 23–32, 2015.
  [BibTex] [Download]

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  Author = {Schausberger, F. and Steinboeck, A. and Kugi, A.},
  Journal = {Journal of Process Control},
  Pages = {23--32},
  Volume = {29},
  Year = {2015},
  Doi = {10.1016/j.jprocont.2015.03.006},
  }

• F. Schausberger, A. Steinboeck, and A. Kugi, Modellbasierte Optimierung und Regelung der Produktkontur beim Warmwalzen, e & i Elektrotechnik und Informationstechnik, vol. 132, iss. 4–5, p. 221–229, 2015.
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  Journal = {e {\&} i Elektrotechnik und Informationstechnik},
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  Volume = {132},
  Year = {2015},
  Number = {4--5},
  Doi = {10.1007/s00502-015-0309-2},
  }

• F. Schausberger, A. Steinboeck, A. Kugi, M. Jochum, and D. Wild, Estimation of the thickness asymmetry using models for the contour evolution and vision-based measurements of plates in hot rolling, in Proceedings of METEC and 2nd European Steel Technology and Application Days (ESTAD), Düsseldorf, Germany, 2015.
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  year = {2015},
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  address = {D{\"u}sseldorf, Germany},
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• F. Schausberger, A. Steinboeck, and A. Kugi, Modellierung der Konturentwicklung von Flachprodukten beim Walzen, in Tagungsband GMA-Fachausschuss 1.30 “Modellbildung, Identikation und Simulation in der Automatisierungstechnik”, Anif/Salzburg, Austria, 2013, p. 42–59.
  [BibTex]

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  title = {{Modellierung der Konturentwicklung von Flachprodukten beim Walzen}},
  booktitle = {Tagungsband GMA-Fachausschuss 1.30 "Modellbildung, Identikation und Simulation in der Automatisierungstechnik"},
  year = {2013},
  month = {9},
  pages = {42--59},
  address = {Anif/Salzburg, Austria},
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• F. Schausberger, A. Steinboeck, and Kugi, Feedback Control of the Contour Shape in Heavy-Plate Hot Rolling, IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 26, iss. 3, p. 842–856, 2018.
  [BibTex] [Download]

  @Article{Schausberger2018,
  author = {Schausberger, F. and Steinboeck, A. and Kugi},
  title = {Feedback Control of the Contour Shape in Heavy-Plate Hot Rolling},
  doi = {10.1109/TCST.2017.2695168},
  issn = {1063-6536},
  number = {3},
  pages = {842--856},
  volume = {26},
  journal = {IEEE Transactions on Control Systems Technology},
  year = {2018},
  }

Anwendungsbereiche

• Walzwerksautomatisierung
• Kontinuierliche Produktionsprozesse