Thermisches Modell und optimale Zeitplanung des Warmwalzens

Projektschwerpunkte

  • Modellierung der Abkühlung des Walzguts während des Warmwalzens
  • Beobachterentwurf basierend auf Pyrometermessungen
  • Optimierte Planung von Prozesszeiten

Beschreibung

Bei der Produktion von Grobblechen ist es von großer Bedeutung, die aktuelle Temperatur des Produkts zu kennen und durch angepasste Prozesszeiten genau einzustellen. Die Temperaturentwicklung ist entscheidend für den Produktionsprozess, weil viele mechanische Eigenschaften des Produkts, wie z.B. die Fließspannung, von der Temperatur abhängen. Außerdem werden die Mikrostruktur und damit wichtige Materialeigenschaften des Endprodukts von der Temperaturhistorie beeinflusst.

Walzwerk für Grobbleche, Copyright: Dillinger Hüttenwerke AG.

Während des Warmwalzens wirken sich die Prozessschritte auf die Temperatur des Walzgutes unterschiedlich aus: Einerseits kühlt die Walztafel an der Luft oder durch Kontakt mit Wasser und den Arbeitswalzen ab, andererseits führt die Deformation in den Walzstichen zu einer Erhöhung der Temperatur. Diese verschiedenen Effekte müssen von einem Temperaturmodell erfasst werden.

Verzunderte Bramme auf dem Rollgang, © Dillinger Hüttenwerke AG.

Mit Hilfe des Temperaturmodells können die Wartezeiten zur Erreichung der gewünschten Walztemperaturen vor jedem Walzstich genauer berechnet werden. Dadurch kann nicht nur eine bessere Qualität des Endprodukts erzielt sondern auch der Produktionsablauf gestrafft werden, da die Wartezeiten besser geplant werden können.

Um Modellungenauigkeiten oder unerwartete Störungen ausgleichen zu können, kann außerdem aufbauend auf dem Temperaturmodell ein Beobachter entworfen werden, der anhand von Messungen der Produktoberflächentemperaturen die Temperaturvorhersagen des Modells korrigiert. Da Kontaktmessungen aufgrund der schwierigen Messbedingungen und der sich bewegenden Walztafeln nicht möglich sind, kann die Temperatur nur durch Pyrometer gemessen werden. Diese Pyrometermessungen sind allerdings nur an einzelnen Punkten außerhalb der Walzgerüste möglich. Die dadurch bedingten punktuellen Messungen stellen eine zusätzliche Herausforderung beim Beobachterentwurf dar.

Ausgewählte Veröffentlichungen

  • 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.
    [BibTex] [Download]
    @InProceedings{Schausberger15c,
    author = {Schausberger, F. and Speicher, K. and Steinboeck, A. and Jochum, M. and Kugi, A.},
    title = {Two Illustrative Examples to Show the Potential of Thermography for Process Monitoring and Control in Hot Rolling},
    booktitle = {Proceedings of the 4th IFAC Workshop on Mining, Mineral and Metal Processing (MMM)},
    year = {2015},
    volume = {48},
    number = {17},
    month = {8},
    pages = {48--53},
    doi = {10.1016/j.ifacol.2015.10.076},
    address = {Oulu, Finland},
    issn = {2405-8963},
    }
  • K. Speicher, A. Steinboeck, A. Kugi, D. Wild, and T. Kiefer, A plate temperature model used for planning and online adaptation of the roll pass schedule in hot rolling, in Proceedings of METEC and 2nd European Steel Technology and Application Days (ESTAD), Düsseldorf, Germany, 2015.
    [BibTex]
    @InProceedings{Speicher15,
    author = {Speicher, Katrin and Steinboeck, Andreas and Kugi, Andreas and Wild, D. and Kiefer, T.},
    title = {A plate temperature model used for planning and online adaptation of the roll pass schedule in hot rolling},
    booktitle = {Proceedings of METEC and 2nd European Steel Technology and Application Days (ESTAD)},
    year = {2015},
    month = {6},
    address = {D{\"u}sseldorf, Germany},
    }
  • K. Speicher, A. Steinboeck, A. Kugi, D. Wild, and T. Kiefer, Analysis and design of an Extended Kalman Filter for the plate temperature in heavy plate rolling, Journal of Process Control, vol. 24, iss. 9, p. 1371–1381, 2014.
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    Title = {Analysis and design of an Extended Kalman Filter for the plate temperature in heavy plate rolling},
    Author = {Speicher, K. and Steinboeck, A. and Kugi, A. and Wild, D. and Kiefer, T.},
    Journal = {Journal of Process Control},
    Pages = {1371--1381},
    Volume = {24},
    Year = {2014},
    Number = {9},
    Doi = {10.1016/j.jprocont.2014.06.004},
    }
  • K. Speicher, A. Steinboeck, D. Wild, T. Kiefer, and A. Kugi, An integrated thermal model of hot rolling, Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems, vol. 20, iss. 1, p. 66–86, 2014.
    [BibTex] [Download]
    @Article{Speicher14,
    Title = {{An integrated thermal model of hot rolling}},
    Author = {K. Speicher and A. Steinboeck and D. Wild and T. Kiefer and A. Kugi},
    Journal = {Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems},
    Pages = {66--86},
    Volume = {20},
    Year = {2014},
    Number = {1},
    Doi = {10.1080/13873954.2013.809364},
    }
  • K. Speicher, A. Steinboeck, and A. Kugi, Measurement Errors of Radiation Pyrometers, in Proceedings of Rolling 2013, Venezia, Italy, 2013, p. 1–12.
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    @InProceedings{Speicher13a,
    author = {K. Speicher and A. Steinboeck and A. Kugi},
    title = {{{M}easurement {E}rrors of {R}adiation {P}yrometers}},
    booktitle = {Proceedings of Rolling 2013},
    year = {2013},
    month = {6},
    pages = {1--12},
    address = {Venezia, Italy},
    }
  • K. Speicher, A. Steinboeck, D. Wild, T. Kiefer, and A. Kugi, Estimation of plate temperatures in hot rolling based on an extended Kalman filter, in Proceedings of 15th IFAC Symposium on Control, Optimization and Automation in Mining, Mineral & Metal Processing, San Diego, USA, 2013, p. 409 – 414.
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    @InProceedings{Speicher13,
    author = {K. Speicher and A. Steinboeck and D. Wild and T. Kiefer and A. Kugi},
    title = {{Estimation of plate temperatures in hot rolling based on an extended Kalman filter}},
    booktitle = {Proceedings of 15th IFAC Symposium on Control, Optimization and Automation in Mining, Mineral \& Metal Processing},
    year = {2013},
    month = {8},
    pages = {409 -- 414},
    doi = {10.3182/20130825-4-US-2038.00006},
    address = {San Diego, USA},
    }
  • K. Speicher, A. Steinboeck, T. Kiefer, and A. Kugi, Modeling Thermal Shocks and Air Cooling Using the Finite Difference Method, in Proceedings MATHMOD 2012 Vienna, Wien, Austria, 2012, p. 364–368.
    [BibTex]
    @InProceedings{Speicher12,
    author = {K. Speicher and A. Steinboeck and T. Kiefer and A. Kugi},
    title = {{{M}odeling {T}hermal {S}hocks and {A}ir {C}ooling {U}sing the {F}inite {D}ifference {M}ethod}},
    booktitle = {Proceedings MATHMOD 2012 Vienna},
    year = {2012},
    editor = {Troch, I. and Breitenecker, F.},
    month = {2},
    pages = {364--368},
    doi = {10.3182/20120215-3-AT-3016.00064},
    address = {Wien, Austria},
    }

Anwendungsbereiche

  • Automatisiertes Walzen
  • Zeitmanagement von Abkühlprozessen