Ebenheitsregelung bei der Grobblechwalzung

Projektscherpunkte

• Entwicklung von Modellen der viskoplastischen Materialverformung im Walzspalt
• Modellierung von Ebenheitsdefekten bei Walztafeln
• Entwurf von Regelungsstrategien zur Verbesserung der Ebenheit

Beschreibung

Die Kundenanforderungen an die Ebenheits- und Dickenqualität gewalzter Grobbleche steigen ständig. Die Produktqualität wird hauptsächlich durch die Walzung der Walztafeln an Reversierwalzgerüsten bestimmt. Hierbei werden die Walztafeln, in mehreren sogenannten Stichen, auf ihre Enddicke ausgewalzt. Zur Erhöhung der Produktqualität bieten sich physikalische Modelle und darauf aufbauende Regelungskonzepte an.

Walztafel mit Ebenheitsdefekt (Ski), © Dillinger Hüttenwerke AG.

Zur Einstellung der gewünschten Enddicke der Walztafel ist eine präzise Materialverfolgung vonnöten. Dazu wird ein analytisches Voreilungsmodell basierend auf der Annahme eines viskoplastischen Materialverhaltens hergeleitet. Die dabei hervorgehenden partiellen Differentialgleichungen lassen sich mittels geeigneter Koordinatentransformationen in geschlossener Form lösen.

Berechnungschema zur Reduzierung der Skibildung.

Beim Walzen von Grobblechen tritt unter Umständen ein ungewolltes Auf- oder Abbiegen der Walztafelenden auf. Dieser Ebenheitsdefekt wird aufgrund der Ähnlichkeit zur Spitze eines Skis auch als Ski-Effekt bezeichnet, vgl. Abb. 1. Die Ursachen für diesen Effekt sind Asymmetrien (u.a. Temperatur und Reibung) während des Walzens um die Mittelebene der Walztafel. Mit dem Traglastsatz der Plastizitätstheorie wird ein halbanalytisches Modell zur Ermittlung der Skibildung entwickelt.

Simulationsergebnisse zur Skibildung für einen Temperaturunterschied von 20 K zwischen Ober- und Unterseite der Walztafel.

Basierend auf der Modellierung der Skibildung erfolgt der Entwurf von Regelungskonzepten zur Verbesserung der Ebenheit. Dabei kommt eine Mehrgrößenregelung des Walzenantriebes zum Einsatz, welche eine gezielte Einstellung der Differenzdrehzahl zwischen oberer und unterer Arbeitswalze ermöglicht. Anhand des halbanalytischen Ski-Modells erfolgt die Ermittlung der einzustellenden Differenzdrehzahl zur Kompensation vorhandener Asymmetrien.

Ausgewählte Veröffentlichungen

• T. Kiefer, R. Heeg, and A. Kugi, Modellbasierte Dicken- und Ebenheitsregelung in Grobblechwalzwerken, at – Automatisierungstechnik, vol. 56, iss. 8, p. 416–426, 2008.
  [BibTex] [Download]

  @Article{Kiefer08b,
  Title = {Modellbasierte {D}icken- und {E}benheitsregelung in {G}robblechwalzwerken},
  Author = {T. Kiefer and R. Heeg and A. Kugi},
  Journal = {at -- Automatisierungstechnik},
  Pages = {416--426},
  Volume = {56},
  Year = {2008},
  Number = {8},
  Doi = {10.1524/auto.2008.0720},
  }

• T. Kiefer and A. Kugi, Model-based control in front-end bending in hot rolling processes, in Proceedings of the 17th IFAC World Congress, Seoul, Korea, 2008, p. 1645–1650.
  [BibTex]

  @InProceedings{Kiefer08,
  author = {T. Kiefer and A. Kugi},
  title = {Model-based control in front-end bending in hot rolling processes},
  booktitle = {Proceedings of the 17th IFAC World Congress},
  year = {2008},
  month = {7},
  pages = {1645--1650},
  doi = {10.3182/20080706-5-KR-1001.00280},
  address = {Seoul, Korea},
  }

• T. Kiefer and A. Kugi, An Analytical Approach for Modelling Asymmetrical Hot Rolling of Heavy Plates, Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems, vol. 14, iss. 3, p. 249–267, 2008.
  [BibTex] [Download]

  @Article{Kiefer08a,
  Title = {An Analytical Approach for Modelling Asymmetrical Hot Rolling of Heavy Plates},
  Author = {T. Kiefer and A. Kugi},
  Journal = {Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems},
  Pages = {249--267},
  Volume = {14},
  Year = {2008},
  Number = {3},
  Doi = {10.1080/13873950701844915},
  }

• T. Kiefer and A. Kugi, Modelling and Control of Front End Bending in Heavy Plate Mills, in Proceedings of the 12th IFAC Symposium on Automation in Mining, Mineral and Metal Processing, Quebec City, Canada, 2007, p. 231–236.
  [BibTex]

  @InProceedings{Kiefer07,
  author = {T. Kiefer and A. Kugi},
  title = {Modelling and Control of Front End Bending in Heavy Plate Mills},
  booktitle = {Proceedings of the 12th IFAC Symposium on Automation in Mining, Mineral and Metal Processing},
  year = {2007},
  month = {8},
  pages = {231--236},
  doi = {10.3182/20070821-3-CA-2919.00034},
  address = {Quebec City, Canada},
  }

Anwendungsbereiche

• Walzwerksautomatisierung