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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung eines Stichplanwechsels während des Walzens In einer mehrgerüstigen Warmbandstrasse mittels Einflussnahme auf den jeweiligen Walz- spalt der Gerüste, der die Auslaufdicke des Bandes bestimmt, und auf den jeweiligen Antrieb der
Gerüste, der die Auslaufgeschwindigkeit des Bandes aus dem Gerüst bestimmt, wobei die Auslauf- dicke sequentiell beim ersten Gerüst beginnend gemäss einer vorgegebenen zeitabhängigen Funktion unter Einhaltung einer definierten Auslaufgeschwindigkeit des letzten Gerüstes vom aktuellen Stichplan auf den folgenden Stichplan unter Verwendung einer Bandverfolgung umgestellt wird, und wobei zur Bestimmung von Auslaufgeschwindigkeiten die Massenflussgleichung herangezogen wird, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Um in Warmwalzwerken, in denen endlos bzw. semi-endlos gewalzt wird, eine entsprechende
Diversifikation der Produktpalette zu gewährleisten, ist es notwendig, die Stichpläne während des Walzens ändern zu können ; dies wird in der Literatur als Flying Gauge Change" bezeichnet.
Aus der Patentschrift US 3 807 206 ist ein Verfahren zur Änderung des Walzspalts bekannt, bei dem der Walzspalt und gleichzeitig die Geschwindigkeit des ersten Gerüsts geändert werden.
Über die Messung des Bandzugs, bzw. eine Materialverfolgung, zwischen den Gerüsten werden davon ausgehend die Einstellungen des nächsten Gerüsts geändert, bis die gesamte Walzanlage entsprechend der neuen Dicke des Bands umgestellt ist. Dieses Verfahren ist speziell für Kaltwalzstrassen konzipiert, bei denen fixe Geschwindigkeitsverhältnisse der einzelnen Gerüste zur Gewährleistung der gewünschten Stichabnahmen eingestellt werden. Änderungen des Massenflusses werden über die Zugmessung detektiert und durch entsprechende Änderung der Gerüstanstellungen ausgeregelt.
Im Artikel Endless rolling technology for No. 3 hot strip mill at Chiba Works of Kawasaki Steel", H Nikaido, S. Isoyama et al., La Revue de Métallurgie CIT, 01/1998, Seite 47-56, wird erwähnt, dass für den Flying Gauge Change bei Warmbandstrassen unter anderem hochgenaue Steuerungen für die Gerüstanstellungen, für die Bandverfolgung und für den Massenfluss benötigt werden.
Die US 5 404 738 A zeigt ein einschlägiges Verfahren, bei dem die Auslaufdicken kontinuierlich auf den Wert des nächsten Stichplans umgestellt werden und die Auslaufgeschwindigkeiten anhand der Massenflussgleichung bestimmt werden, wobei hier jedoch keine Massnahmen zur Temperaturführung getroffen werden, der jedoch bei Warmwalzwerken eine grosse Bedeutung zukommt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun dann, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Flying Gauge Change zu entwickeln, die speziell auf die Bedürfnisse von Warmbandstrassen ausgelegt sind.
Bei Warmbandstrassen ist die primäre Stellgrösse für die Stichabnahme die Gerüstanstellung Die Geschwindigkeit der Antriebe muss so eingestellt sein, dass ein Referenzgerüst eine konstante Auslaufgeschwindigkeit besitzt und alle weiteren Gerüste entsprechend der Position und Stichabnahmen davon verschiedene Geschwindigkeiten haben. Zusätzlich ist jeweils zwischen zwei Gerüsten je ein Schlingenheber angebracht, weicher für einen konstanten Bandzug während des Walzens sorgt. Generell Ist bei Warmwalzstrassen die Temperaturführung während des Walzens ein kritischer Aspekt und deshalb gibt es für jeden Stichplan eine ideale Walzgeschwindigkeit.
Will man nun während des Walzens von einem aktuellen auf eine Zielstichplan wechseln, so hat man zu beachten, dass man einerseits die Stichabnahmen an den einzelnen Gerüsten steuern und anderseits die Walzgeschwindigkeit zwischen den Stichplänen anpassen muss.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass unabhängig von der Umstellung der Auslaufdicke die Auslaufgeschwindigkeit am letzten betrachteten Gerüst gemäss einer vorgegebenen zeitabhängigen Funktion vom aktuellen auf den folgenden Stichplan umgestellt wird, wobei ausgehend von der Auslaufgeschwindigkeit am letzten Gerüst die Auslaufgeschwindigkeiten der stromaufwarts liegenden Gerüste zu jedem Zeitpunkt anhand der Massenflussgleichung bestimmt werden, und dass der durch Schlingenheber geregelte Bandzug gemäss einer vorgegebenen zeitabhängigen Funktion vom aktuellen auf den folgenden Stichplan umgestellt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren verwendet zur Realisierung des Flying Gauge Changes zwei Führungsgrössen, wobei eine Führungsgrösse für die sequentielle Steuerung der Stichabnahme (=Walzspalt bzw. Auslaufdicke des Bandes) in den einzelnen Gerüsten und die Bandzugvorgabe an den Schlingenhebern und die zweite Führungsgrösse zur Definition der Walzgeschwindigkeit der Strasse verwendet wird.
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Neu an dieser Erfindung ist, dass durch die von den Auslaufdicken unabhängige Führung der Auslaufgeschwindigkeit am letzten Gerüst diese Grössen zu jeder Zeit wahrend des Stichplanwechsels an die jeweiligen Erfordernisse des Walzvorgangs angepasst werden können und dass eine Bandverfolgung dafür sorgt, dass Änderungen der Stichpläne in den einzelnen Gerüsten auf identen Bandsegementen erfolgen. Dadurch wird einerseits eine optimale Temperaturführung wah- rend des Stichplanwechsels ermöglicht, da die Bandgeschwindigkeit mit dem erfindungsgemässen Verfahren gezielt beeinflusst werden kann und andererseits wird die Bandlänge, auf der die Umstellung der StichplÅane erfolgt, minimal gehalten und die Warmbandstrasse vor etwaigen Überlasten weitgehend geschützt.
Zur Erzielung des Stichplanwechsels werden zum einen die Daten des aktuellen Stichplans (Initialstichplan) und des folgenden Stichplans (Zielstichplan) für die einzelnen Gerüste vorgegeben, wie der Walzspalt, die Auslaufgeschwindigkeit des Bandes, die Walzengeschwindigkeit der Arbeitswalzen, das Walzenmoment und die Walzkraft, zum anderen wird je eine Führungsgrösse für die Auslaufdickenänderung am ersten Gerüst und für die Auslaufgeschwindigkeit am letzten Gerüst vorgegeben, die die Änderung vom aktuellen zum folgenden Stichplan gewährleisten. Durch die Bandverfolgung werden aus der Führungsgrösse für das erste Gerüst die jeweiligen Führungsgrö- ssen der Stichplanänderung an den folgenden Gerüsten ermittelt.
Dabei ist vorgesehen, dass aus der zeitabhängigen Funktion für die Änderung der Auslaufdicke eine Dickenführungsfunktion für die Auslaufdicke am ersten Gerüst berechnet und der Bandverfolgung übergeben wird, wobei die entsprechenden Werfe der Dickenführungsfunktion korrespondierenden Bandsegmenten zugeordnet und diese Bandsegmente relativ zu den Gerüsten verfolgt werden.
Die Bandverfolgung gibt in der Folge für alle folgenden Gerüste eine zeitabhängige Funktion für die Auslaufdickenänderung vor, z. B. in Form einer Einheitsfunktion, die den Übergang zwischen der Initialauslaufdicke (Funktionswert=0) zur Zielauslaufdicke (Funktionswert=1) beschreibt.
Die aktuelle nominale Auslaufdicke wird in der Folge für die einzelnen Gerüste aus der Dickenführungsfunktion und den absoluten Auslaufdickenwerten der Stichpläne berechnet. Jedem vom Flying Gauge Change betroffenen Bandsegment kann durch die Bandverfolgung zusätzlich ein absoluter Dickenwert zugewiesen werden, sodass die Dicke des Bandes zu jedem Zeitpunkt vorherbestimmt ist.
Des weiteren ist vorgesehen, dass im Rahmen der Bandverfolgung die Dickenführungsfunktion an die jeweiligen Gerüststeuerungen, an die Antriebssteuerungen und an die Schlingenhebersteuerungen weitergeleitet wird.
Dadurch wird der jeweilige Zeitpunkt und das jeweilige Ausmass der an der Warmbandstrasse vorzunehmenden Änderungen vorherbestimmt.
Eine einfache Ausführungsmöglichkeit ist dadurch gegeben, dass die Dickenführungsfunktion am ersten Gerüst als Rampenfunktion ausgeführt ist.
Die zeitabhängige Funktion ist in diesem Fall eine Einheitsrampe, die den Übergang zwischen der tnitialauslaufdicke (Rampenwert=0) zur Zielauslaufdicke (Rampenwert=1) beschreibt.
Weiters ist vorgesehen, dass aus der zeitabhängigen Funktion für die Änderung der Auslaufgeschwindigkeit am letzten Gerüst eine Geschwindigkeitsführungsfunktion bestimmt und diese an die Antriebssteuerung weitergeleitet wird.
Eine einfache Ausführung des Verfahrens ist dadurch gegeben, dass die Geschwindigkeitsführungsfunktion eine Rampenfunktion ist.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, dass die Geschwindigkeitsführungsfunktion abschnittsweise eine Auslaufgeschwindigkeit ausserhalb des Bereichs vorsieht, der durch die Auslaufgeschwindigkeit des aktuellen Stichplanes und des folgenden Stichplanes gebildet wird.
Dadurch wird beispielsweise einem Bandstau vor dem ersten Gerüst entgegengewirkt und ermöglicht, dass die Temperatur des Bandes während des Stichplanwechsels innerhalb eines gewünschten Bereichs gehalten wird, was mit einer Rampenfunktion, deren Geschwindigkeitswerte zwischen der Auslaufgeschwindigkeit des Initialstichplanes und des Zielstichplanes liegen, nicht immer erreicht werden kann.
Ein weiteres Verfahrensmerkmal sieht vor, dass ausgehend von der Auslaufgeschwindigkeit am letzten Gerüst, definiert durch die Geschwindigkeitsführungsfunktion und die Auslaufgeschwin-
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digkeiten der Stichpläne, sowohl die Auslaufgeschwindigkeiten der stromaufwärts liegenden Gerüste, als auch deren Beschleunigungsmomente zu jedem Zeitpunkt anhand der Massenflussglei- chung bestimmt werden. Die dazu benötigte momentane Dicke des entsprechenden Bandsegmentes wird entweder durch die Bandverfolgung, beispielsweise aufgrund einer Pseudo-Dickenmessung an den Gerüsten oder durch Messung mit Dickenmessgeräten, oder durch die Dickenführungsfunktionen der einzelnen Gerüste und die Auslaufdicken der Initial- und Zielstichpläne bestimmt.
Die Massenflussgleichung besagt, dass die pro Zeiteinheit in ein Gerüst einlaufende Masse gleich der auslaufenden Masse sein muss. Da durch die Referenzgeschwindigkeit am letzten Gerüst der Massenfluss durch die stromaufwärts liegenden Gerüste definiert ist, ist mit der Änderung der Auslaufdicke an einem Gerüst immer eine Änderung der Walzengeschwindigkeit des Gerüstes und der Walzengeschwindigkeiten der davon stromaufwärts liegenden Gerüste verbunden.
Die Banddicken können bei der Auswertung der Massenflussgleichung entweder an einer stromaufwärts gelegenen Stelle der Warmbandstrasse gemessen und ihr aktueller Wert mit Hilfe der Daten der Bandverfolgung berechnet werden oder es können die durch die Dickenführungsfunktionen festgelegten Dickenwerte als Banddicken übernommen werden.
Ein weiteres Verfahrensmerkmal besteht darin, dass bei der für die Änderung der Auslaufdicke notwendigen Bestimmung des jeweiligen Walzspalts die voraussichtlich auftretenden Walzkräfte und die nominalen Biegekräfte errechnet und an die Regelungen der einzelnen Gerüste weitergeleitet werden.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren werden somit die Nominalwerte (Sollwerte) der genannten Grössen vorgegeben, deren Einhaltung durch untergeordnete Regelungen erfolgt.
Dabei werden die durch die Walz- und Biegekräfte auftretenden Aufdehnungen der Gerüste und WalzensÅatze berücksichtigt.
Dies ermöglicht durch Berücksichtigung der wesentlichen Einflussgrossen auf den Walzspalt eine besonders genau Vorherbestimmung desselben.
Weiters kann vorgesehen werden, dass zusätzlich die Walzenaxialverschiebung, die Walzenkühlung und die Zwischengerüstkühlung vom aktuellen auf den folgenden Stichplan umgestellt werden.
Dies hat den Vorteil, dass mit dem erfindungsgemässen Verfahren unter Vermeidung eines zusätzlichen Verfahrens auch die genannten Grössen auf den folgenden Stichplan umgestellt werden können.
Der Einfluss von Störgrössen, wie die thermische Walzenballigkeit oder Walzenabnützung, wird bei der Berechnung des jeweiligen Walzspalts, beispielsweise durch aus Modellberechnungen stammende Adaptionsterme, berücksichtigt.
Ein weiteres Merkmal des Verfahrens besteht darin, dass der Bandzug den Dickenführungsfunktionen folgend vom aktuellen auf den folgenden Stichplan umgestellt wird.
Dadurch ist eine einfache Vorausbestimmung des Bandzugs mittels der vorliegenden Dickenführungsfunktionen möglich.
Vorteilhafterweise wird der nominale Bandzug unter anderem aus der Auslaufdicke des stromaufwärts des Schlingenhebers liegenden Gerüsts und/oder aus der Einlaufdicke des stromabwärts des Schlingenhebers liegenden Gerüsts berechnet.
Dadurch ist sichergestellt, dass während der Dickenänderung des Bands jeweils die aktuellen Dickenwerte zur Verfügung stehen, um den Bandzug möglichst genau vorherzubestimmen.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung vorgesehen ist, bei welcher über eine Parametereingabe die zur Steuerung benötigten Daten eingebbar sind, und dass die Steuerung ein Dickenberechnungsmodui zur Berechnung der Dickenführungsfunktion, die der sequentiell beim ersten Gerüst beginnenden Umstellung vom aktuellen Stichplan auf den folgenden Stichplan unter Einhaltung der definierten Auslaufgeschwindigkeit des letzten Gerüstes und unter Verwendung einer Bandverfolgung dient, ein Geschwindigkeitsberechnungsmodul zur Berechnung der Geschwindigkeitsführungsfunktion, die der Umstellung der Auslaufgeschwindigkeit am letzten betrachteten Gerüst vom aktuellen Stichplan auf den folgenden Stich plan dient,
ein Bandverfolgungsmodul zur Zuordnung der Dickenführungsfunktion auf die entsprechenden
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Bandsegmente, ein Gerüststeuerungsmodul zur Vorgabe des nominalen Walzspalts und der nominalen Biegekraft, welches mit der Regelung für die Stelleinrichtungen der Gerüste verbunden ist, ein Antriebssteuerungsmodul zur Vorgabe der Geschwindigkeit und des Beschleunigungsmoments unter Berücksichtigung der Massenflussgleichung, welches mit der Regelung für die Antriebe der Gerüste verbunden ist, und ein Schlingenhebermodul zur Vorgabe des Bandzugs, welches mit der Regelung der Schlingenheber verbunden ist, beinhaltet.
Dadurch werden aufgrund der gewünschten Auslaufdickenänderungen in den einzelnen Steuerungsmodulen die Nominalwerte (Sollwerte) der weiteren sich in Folge ändernden Parameter (z. B.
Walzkraft, Biegekraft, Walzenverschiebung etc. ) berechnet.
Vorteilhafterweise sind die einzelnen Module der Steuerung als Software-Programme ausgeführt.
Die Erfindung wird anhand der schematischen Figuren 1 bis 5 am Beispiel einer erfindungsgemässen Steuerung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt die Steuerung und die Wirkungsbereiche der einzelnen Steuerungsmodule.
Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Auslaufdicken an den einzelnen Gerüsten und der Auslaufgeschwindigkeit am letzten Gerüst während des Stichplanwechsets.
Fig. 3 zeigt das Gerüststeuerungsmodul zur Vorgabe des jeweiligen Walzspaltsollwertes und des jeweiligen Biegekraftsollwertes der einzelnen Gerüste.
Fig. 4 zeigt das Antriebssteuerungsmodul zur Vorgabe der jeweiligen Walzengeschwindigkeit der einzelnen Gerüste.
Fig. 5 zeigt das Steuerungsmodul zur Vorgabe des Bandzugs.
In Fig. 1 werden der Steuerung 2 über die Parametereingabe 1 (parameter board) der Initial-
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1bAnlagedaten 1c (plant characteristics), die Führungsgrössenparameter 1d (ramp parameters), die der zeitabhängigen Funktion für die Auslaufdicke entsprechen, und die Führungsgrössenparameter 1 e (Speed Guiding Value parameters), die der zeitabhängigen Funktion für die Auslaufgeschwindigkeit am letzten Gerüst entspricht, eingegeben. Die Führungsgrössenparameter 1d werden dem Dickenberechnungsmodul 3 (thickness ramp calculation) zur Berechnung der Dickenführungsfunktion 3a für das erste Gerüst weitergeleitet, die Führungsgrössenparameter 1 e dem Geschwindigkeitsberechnungsmodul 4 (Speed Guiding Value calculation) zur Berechnung der Geschwindigkeitsführungsfunktion 4a.
Bei dieser Ausführung der Erfindung werden die Führungsgrössen für die Berechnung der nominalen Auslaufdickenwerte 3a, 5a und die Auslaufgeschwindigkeitswerte 4a als Rampen ausgeführt, deren Werte im Bereich von 0 bis 1 liegen. Für die Berechnung der Dickenrampe 3a des ersten Gerüsts F1 einlaufseitig, wird der Startzeitpunkt und die Dauer der Rampe von der Parametereingabe 1 an das Dickenberechnungsmodul 3 (thickness ramp calculation) übergeben. Im Bandverfolgungsmodul 5 (strip tracking) werden die Werte der Dickenrampe 3a entsprechenden Bandlängensegmenten zugeordnet.
Dazu wird der aktuelle Rampenwert des ersten Gerüstes F1 in einen Buffer geschrieben, weicher jenem Bandlängensegment entspricht, das sich gerade im ersten Gerüst F1 befindet, und an das folgende Gerüst F2 übergeben, sobald die Berechnung des Bandverfolgungsmoduls 5 ergibt, dass sich das betreffende Bandsegment im folgenden Gerüst F2 befindet. Für das folgende Gerüst F2 wird der aktuelle Rampenwert wieder in einen Buffer geschrieben und analog behandelt. Durch die entsprechende Anwendung dieses Algorithmus auf alle Gerüste F1 bis Fn werden somit die Dickenrampen 5a (ramp (1), ramp (2), ramp (3),... ramp (n)) für die einzelnen Gerüste erzeugt. Als Führungsgrösse für die Geschwindigkeit wird in diesem Beispiel als zeitabhängige Funktion ebenfalls eine Rampe verwendet, deren Werte im Bereich von 0 bis 1 liegen.
Zur Bestimmung der Geschwindigkeitsführungsfunktion (hier Geschwindigkeitsrampe) 4a im Geschwindigkeitsberechnungsmodul 4 (SGV calculation) wird der Startzeitpunkt und die Dauer der Rampe zur Geschwindigkeitsänderung aus der Parametereingabe 1 (parameter board) verwendet.
Das Gerüststeuerungsmodul 6 (millstand module) bestimmt über die nominale Stichabnahme (=der Walzspalt) der Walzen 9 die Auslaufdicken, die voraussichtlich auftretenden Walzkräfte und die nominalen Biegekräfte (fis1, FB2, FgS".., FBn) der einzelnen Gerüste F1 bis Fn. Das Antriebssteuerungsmodul 7 (maindrive module) bestimmt über die Gerüstantriebe 11 (M1, M2, M3, Mn) die
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Geschwindigkeit und das Beschleunigungsmoment der Antnebsstrangs (einschliesslich der Wal- zen).
Das Schlingenhebermodul 8 (looper module) bestimmt den nominalen Bandzug für die
Schlingenheber 10 (L1, L2, L3) Das Gerüst Fn ist das letzte aktive Gerüst
In Flg. 2 Ist ein Lehrbeispiel für den zeitlichen Verlauf der Auslaufdicken 60 an den einzelnen
Gerüsten F1, F2,... in Millimetern sowie die Auslaufgeschwindigkeit 7z am letzten Gerüst in Metern pro Sekunde während des Stichplanwechsels dargestellt.
Das in Fig. 3 dargestellte Geruststeuerungsmodul 6 (millstand module), siehe Fig. 1, zieht zur
Berechnung des nominalen Walzspaltes bzw. der Auslaufdicke 60 (gap setpoint) und der nomina- len Walz- und Biegekräfte 6n (nominal Bending Force) die Dickenführungsfunktionen 5a (ramp (x)) der einzelnen Gerüste heran. Dazu werden die nominalen Parameter des Initialstichplans (PS¯1) und des Zielstichplans (PS¯2), wie die jeweils nominale Auslaufdicke 6a, 6b, die Walzkraft 6g, 6f, die Adaptionsterme 6c, 6d, welche Einflüsse wie Walzenballigkeit etc. beinhalten, und die Biege- krafte 6h, 6i, von der Parametereingabe 1 an das Gerüststeuerungsmodul übergeben.
Ebenso wird das Gerüstdehnungsmodul 6e (millstretch) von der Parametereingabe 1 an das Geruststeue- rungsmodul übergeben. Die Funktionen 6j, 6k, 61, 6m bestimmen aus dem für das jeweilige Gerüst aktuellen Wert der Dickenführungsfunktionen 5a den entsprechenden nominalen Walzspalt 60 und die entsprechende nominale Biegekraft 6n während des Stichplanwechsels. Für die Berechnung der voraussichtlich auftretenden Walzkraft 6q wird zusätzlich jener Kraftanteil mitberücksichtigt, der durch die Veränderung der Auslaufgeschwindigkeit 71 des Bandes verglichen zur nominalen Aus- laufgeschwindigkeit 7g des Initialstichplanens auftntt. Die ermittelten Nominalwerte 60, 6n, werden in der Folge an die Regelkreise der einzelnen Walzgerüste weitergeleitet.
Im Antriebssteuerungsmodul (maindrive module), siehe Fig. 4, werden die jeweilige nominale Walzengeschwindigkeit 7z und das jeweilige nominale Beschleunigungsmoment 7y für die einzelnen Gerüstantriebe ermittelt. Dieses Modul ist so konzipiert, dass das letzte aktive Gerüst Fn (siehe Fig. 1) die Referenzwalzgeschwindigkeit vorgibt. Die Auslaufgeschwindigkeiten der stromaufwärts liegenden Gerüste, hier mit F (n-1) bezeichnet, werden vom letzten Gerüst Fn ausgehend über die Massenflussgleichung bestimmt. Es wird im Antriebssteuerungsmodul über die nominalen Austrittsgeschwindigkeiten 7a, 7b (vei) des Bandes am letzten Gerüst des Initialstichplanes (PS¯1) und des Zielstichplanes (PS¯2) und der Geschwindigkeitsführungsfunktion 4a die Endwalzgeschwindigkeit, die gleich der Auslaufgeschwindigkeit 7c am letzten Gerüst ist, bestimmt.
Der Vorwärtsschlupf 7k (sf) der einzelnen Gerüste wird über die unterschiedlichen Walzengeschwindigkeiten 7d, 7f (Vworxro) !) der Arbeitswalzen gemäss Ziel- bzw. Initialstichplan und Austrittsgeschwindigkeiten 7e, 7g gemäss Ziel- bzw. Initialstichplan unter Verwendung der Dickenführungsfunktion 5a ermittelt (sf calculation). Daraus wird in der Folge die aktuelle Walzengeschwindigkeit 7z und unter Einbeziehung des Walzendurchmessers 7v und der Rotationsträgheit 7w der rotierende Antriebsteile und Walzen das benötigte Beschleunigungsmoment 7y (Torque) der einzelnen Antriebe ermittelt. Ober die Massenflussgleichung wird die Auslaufgeschwindigkeit 71 des Bandes für das nächste stromaufwärts liegende Gerüst bestimmt.
Unter der Annahme, dass die Bandbreite während des Walzens quasi konstant bleibt, wird die Auslaufgeschwindigkeit 7c mit der nominalen Auslaufdicke 7m (Thet), berechnet aus dem Wert der Dickenführungsfunktion 5a und den Auslaufdicken 6a, 6b, multipliziert und durch die nominale Einlaufdicke 7n (Thentry), des Gerüsts Fn dividiert Dieser Algorithmus wird analog für die stromaufwärts liegenden Gerüste durchgeführt.
Dies hat zur Folge, dass die Auslaufgeschwindigkeiten des Bandes an den einzelnen Gerüsten automatisch an den aktuellen Stand des Stichplanwechsels angepasst werden.
In Fig. 5 Ist das Steuermodul 8 zur Berechnung des nominalen Bandzugs 8e, welcher durch den jeweiligen Schlingenheber 10 (siehe Fig. 1) aufgebracht werden soll, dargestellt. Dazu wird der Bandzug aus den Werten des Bandzugs 8a und 8b des Ziel- bzw. Initialstichplans und aus der Dickenführungsfunktion 5a ermittelt. Zusätzlich ist vorgesehen, dass durch Vorgabe eines Adjustierungsparameters 8c der nominelle Bandzug 8e während des Stichplanwechsels verändert werden kann. In die Berechnung des Bandzugs 8e fliesst die Bandbreite 8d sowie die Banddicke ein. Da allerdings während des Stichplanwechsels die Auslaufdicke an einem Gerüst ungleich der Einlaufdicke am folgenden Gerüst ist, ist die Möglichkeit der Auswahl eines Dickenwertes vorgesehen.
Hier kann zur Berechnung des nominalen Bandzugs 8e die Auslaufdicke am stromaufwärts liegenden Gerüst 7m (case 1), die Einlaufdicke 7n (siehe Fig. 4) am stromabwärts hegenden Gerüst (case 2) oder der Mittelwert der beiden gewählt werden (case 3). Die berechnete nominale
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Bandspannung 8e wird an die Regelung des entsprechenden Schlingenhebers weitergeleitet.
Das Verfahren und die zugehörige Vorrichtung kann vorteilhaft bei Warmwalzwerken zur Erzeugung dünner Bander mit einer Banddicke von unter 1 mm verwendet werden, da technologische Hürden, wie zu hohe Einfadelgeschwindigkelten des Bandes und zu geringe Bandsteifigkeit dadurch behoben werden, dass zum Einfädeln dickes Band gewaizt wird und mittels des beschriebenen Verfahrens bzw. der beschriebenen Vorrichtung während des Walzens auf die gewünschten geringere Bandauslaufdicken umgestellt wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Durchführung eines Stichplanwechsels während des Walzens in einer mehr- gerüstigen Warmbandstrasse mittels Einflussnahme auf den jeweiligen Walzspalt der Ge- rüste, der die Auslaufdicke des Bandes bestimmt, und auf den jeweiligen Antrieb der Ge- rüste, der die Auslaufgeschwindigkeit des Bandes aus dem Gerüst bestimmt, wobei die
Auslaufdicke sequentiell beim ersten Gerüst beginnend gemäss einer vorgegebenen zeit- abhängigen Funktion unter Einhaltung einer definierten Auslaufgeschwindigkeit des letzten
Gerüstes vom aktuellen Stichplan auf den, folgenden Stichplan unter Verwendung einer
Bandverfolgung umgestellt wird, und wobei zur Bestimmung von Auslaufgeschwindigkeiten die Massenflussgleichung herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet,
dass unabhängig von der Umstellung der Auslaufdicke die Auslaufgeschwindigkeit am letzten betrachteten Gerüst gemäss einer vorgegebenen zeitabhängigen Funktion vom aktuellen auf den folgenden Stichplan umgestellt wird, wobei ausgehend von der Auslauf- geschwindigkeit am letzten Gerüst die Auslaufgeschwindigkeiten der stromaufwärts liegen- den Gerüste zu jedem Zeitpunkt anhand der Massenflussgleichung bestimmt werden, und dass der durch Schlingenheber geregelte Bandzug gemäss einer vorgegebenen zeitab- hängigen Funktion vom aktuellen auf den folgenden Stichplan umgestellt wird.
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The invention relates to a method for carrying out a change of pass schedule during rolling in a multi-stand hot strip mill by influencing the respective roll gap of the stands, which determines the outlet thickness of the strip, and the respective drive of the
Scaffolds that determine the outfeed speed of the strip from the scaffold, with the outfeed thickness being changed sequentially from the current pass schedule to the following pass schedule using a tape tracker, starting with the first stand in accordance with a predefined time-dependent function while observing a defined exit speed of the last stand, and wherein the mass flow equation is used to determine outlet speeds, and a device for carrying out the method.
To do this in hot rolling mills in which continuous or semi-endless rolling is carried out
To ensure diversification of the product range, it is necessary to be able to change the pass schedules while rolling; this is referred to in the literature as Flying Gauge Change ".
A method for changing the roll gap is known from US Pat. No. 3,807,206, in which the roll gap and at the same time the speed of the first stand are changed.
Based on the measurement of the strip tension or a material tracking between the stands, the settings of the next stand are changed until the entire rolling mill has been converted to the new thickness of the strip. This process is specially designed for cold rolling mills, in which fixed speed ratios of the individual stands are set to ensure the desired passes. Changes in the mass flow are detected via the tensile measurement and corrected by changing the scaffold settings accordingly.
In the article Endless rolling technology for No. 3 hot strip mill at Chiba Works of Kawasaki Steel ", H Nikaido, S. Isoyama et al., La Revue de Métallurgie CIT, 01/1998, pages 47-56, mentions that for the flying gauge change in hot strip mills, among other things high-precision controls for the scaffolding, for the belt tracking and for the mass flow are required.
US 5 404 738 A shows a relevant method in which the outlet thicknesses are continuously changed to the value of the next pass schedule and the outlet speeds are determined using the mass flow equation, although no temperature control measures are taken here, but this is of great importance in hot rolling mills comes to.
The object of the present invention is then to develop a method and a device for controlling the flying gauge change, which are specifically designed for the requirements of hot strip mills.
In the case of hot strip mills, the primary manipulated variable for the stitch acceptance is the scaffold setting. The speed of the drives must be set so that a reference scaffold has a constant run-out speed and all other scaffolds have different speeds depending on the position and stitch acceptance. In addition, a loop lifter is installed between two stands, which ensures constant strip tension during rolling. In general, temperature control during rolling is a critical aspect in hot rolling mills and therefore there is an ideal rolling speed for every pass schedule.
If you want to switch from a current to a target stitch plan while rolling, you have to consider that on the one hand you have to control the stitch acceptance on the individual stands and on the other hand you have to adjust the rolling speed between the stitch plans.
The method according to the invention is characterized in that, independently of the change in the outlet thickness, the outlet speed on the last scaffold under consideration is changed over from the current to the following pass schedule according to a predetermined time-dependent function, the outlet speeds of the upstream scaffolds for each starting from the outlet speed on the last frame The point in time can be determined on the basis of the mass flow equation, and that the belt tension regulated by the loop lifter is converted from the current to the following pass schedule according to a predetermined time-dependent function.
The method according to the invention uses two guide variables to implement the flying gauge change, one guide variable for the sequential control of the stitch take-off (= roll gap or outlet thickness of the strip) in the individual stands and the strip tension specification on the loop lifters and the second guide variable for defining the rolling speed of the Street is used.
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What is new about this invention is that by guiding the outlet speed on the last stand regardless of the outlet thickness, these sizes can be adapted to the respective requirements of the rolling process at any time during the change of the pass schedule, and that a strip tracking ensures that changes in the pass plans are made in the individual Scaffolds are made on identical belt segments. On the one hand, this enables optimum temperature control during the change of the pass schedule, since the strip speed can be influenced in a targeted manner using the method according to the invention, and on the other hand the strip length on which the change of the pass plans is kept to a minimum and the hot strip mill is largely protected against any overloads.
To achieve the change of pass schedule, the data of the current pass schedule (initial pass schedule) and the following pass schedule (target pass schedule) for the individual stands are specified, such as the roll gap, the speed of the strip, the roll speed of the work rolls, the roll moment and the roll force, and on the other hand A guide variable is specified for the change in outlet thickness on the first stand and for the exit speed on the last stand, which ensure the change from the current to the following pass schedule. The tape tracking system uses the guide size for the first scaffolding to determine the respective guide sizes for the change in pass schedule on the following scaffolds.
It is provided that from the time-dependent function for changing the outlet thickness, a thickness guide function for the outlet thickness on the first stand is calculated and transferred to the belt tracking, the corresponding throws of the thickness guide function being assigned to corresponding belt segments and these belt segments being tracked relative to the stands.
The belt tracking subsequently specifies a time-dependent function for the change in outlet thickness for all subsequent stands, e.g. B. in the form of a unit function that describes the transition between the initial outlet thickness (function value = 0) to the target outlet thickness (function value = 1).
The current nominal outlet thickness is then calculated for the individual stands from the thickness management function and the absolute outlet thickness values of the pass schedules. Each band segment affected by the Flying Gauge Change can also be assigned an absolute thickness value by means of the band tracking, so that the thickness of the band is predetermined at all times.
Furthermore, it is provided that the thickness guidance function is forwarded to the respective scaffold controls, to the drive controls and to the loop lifting controls as part of the belt tracking.
As a result, the respective point in time and the extent of the changes to be made on the hot strip mill are predetermined.
A simple embodiment is given by the fact that the thickness guidance function on the first stand is designed as a ramp function.
In this case, the time-dependent function is a standard ramp that describes the transition between the initial outlet thickness (ramp value = 0) and the target outlet thickness (ramp value = 1).
It is also provided that a speed control function is determined from the time-dependent function for changing the run-out speed on the last stand and this is forwarded to the drive control.
A simple implementation of the method is provided in that the speed control function is a ramp function.
A further embodiment of the method consists in that the speed control function provides, in sections, an exit speed outside the range which is formed by the exit speed of the current stitch plan and the following stitch plan.
This counteracts, for example, a belt jam in front of the first scaffold and enables the temperature of the belt to be kept within a desired range during the stitch schedule change, which cannot always be achieved with a ramp function, the speed values of which lie between the exit speed of the initial stitch schedule and the target stitch schedule .
A further feature of the method provides that, starting from the exit speed on the last stand, defined by the speed control function and the exit speed
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of the pass schedules, both the outlet speeds of the upstream scaffolding and their acceleration torques are determined at any time using the mass flow equation. The instantaneous thickness of the corresponding strip segment required for this is determined either by the strip tracking, for example based on a pseudo-thickness measurement on the stands or by measurement with thickness measuring devices, or by the thickness control functions of the individual stands and the run-out thicknesses of the initial and target stitch plans.
The mass flow equation states that the mass entering a scaffold per unit of time must be the same as the outgoing mass. Since the mass flow through the upstream stands is defined by the reference speed on the last stand, the change in the outlet thickness on a stand is always associated with a change in the roll speed of the stand and the roll speeds of the upstream stands.
When evaluating the mass flow equation, the strip thicknesses can either be measured at an upstream point on the hot strip mill and their current value can be calculated using the strip tracking data, or the thickness values defined by the thickness control functions can be adopted as strip thicknesses.
Another feature of the method is that when determining the respective roll gap necessary for changing the outlet thickness, the expected rolling forces and the nominal bending forces are calculated and forwarded to the regulations of the individual stands.
The method according to the invention thus specifies the nominal values (target values) of the quantities mentioned, compliance with which is ensured by subordinate regulations.
The expansion of the stands and roller sets caused by the rolling and bending forces are taken into account.
By taking into account the significant quantities influencing the roll gap, this enables the latter to be predetermined particularly precisely.
Furthermore, it can be provided that the roll axial displacement, the roll cooling and the intermediate stand cooling are also changed from the current to the following pass schedule.
This has the advantage that, with the method according to the invention, the sizes mentioned can also be converted to the following pass schedule, while avoiding an additional method.
The influence of disturbance variables, such as the thermal roll crown or roll wear, is taken into account when calculating the respective roll gap, for example by means of adaptation terms derived from model calculations.
Another feature of the method is that the strip tension is switched from the current to the following pass schedule following the thickness guidance functions.
This enables a simple predetermination of the strip tension using the present thickness guidance functions.
The nominal strip tension is advantageously calculated, inter alia, from the outlet thickness of the scaffold located upstream of the loop lifter and / or from the inlet thickness of the scaffold located downstream of the loop lifter.
This ensures that the current thickness values are available during the change in thickness of the strip in order to determine the strip tension as precisely as possible.
The device for carrying out the method is characterized in that a controller is provided in which the data required for the control can be entered via a parameter input, and in that the controller includes a thickness calculation module for calculating the thickness control function, which is the result of the change from the current one starting sequentially with the first stand Pass schedule to the following pass schedule while observing the defined exit speed of the last stand and using a belt tracking, a speed calculation module for calculating the speed control function, which is used to convert the exit speed on the last viewed stand from the current pass schedule to the following pass schedule,
a tape tracking module to assign the thickness control function to the corresponding
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Belt segments, a stand control module for specifying the nominal roll gap and the nominal bending force, which is connected to the regulation for the setting devices of the stands, a drive control module for specifying the speed and the acceleration torque, taking into account the mass flow equation, which is connected with the regulation for the drives of the stands and includes a loop lifter module for specifying the tape tension, which is connected to the regulation of the loop lifter.
As a result, the nominal values (setpoints) of the other parameters that change as a result (e.g.
Rolling force, bending force, roll displacement, etc.) are calculated.
The individual modules of the control are advantageously designed as software programs.
The invention is explained in more detail with reference to the schematic FIGS. 1 to 5 using the example of a control according to the invention.
1 shows the control and the areas of action of the individual control modules.
Fig. 2 shows the time course of the runout thicknesses on the individual stands and the runout speed on the last stand during the pass schedule change.
3 shows the stand control module for specifying the respective roll gap setpoint and the respective bending force setpoint of the individual stands.
4 shows the drive control module for specifying the respective roller speed of the individual stands.
5 shows the control module for specifying the strip tension.
In Fig. 1, the controller 2 via the parameter input 1 (parameter board) of the initial
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1b Plant data 1c (plant characteristics), the guide parameter 1d (ramp parameters), which correspond to the time-dependent function for the outlet thickness, and the guide parameter 1 e (Speed Guiding Value parameters), which corresponds to the time-dependent function for the outlet speed on the last stand. The guide variable parameters 1d are passed on to the thickness calculation module 3 (thickness ramp calculation) for calculating the thickness guide function 3a for the first stand, the guide variable parameters 1 e are passed on to the speed calculation module 4 (Speed Guiding Value calculation) for calculating the speed guide function 4a.
In this embodiment of the invention, the reference variables for calculating the nominal outlet thickness values 3a, 5a and the outlet speed values 4a are designed as ramps, the values of which are in the range from 0 to 1. For the calculation of the thickness ramp 3a of the first stand F1 on the entry side, the start time and the duration of the ramp are transferred from the parameter input 1 to the thickness calculation module 3 (thickness ramp calculation). In the strip tracking module 5 (strip tracking), the values of the thickness ramp 3a are assigned to corresponding strip length segments.
For this purpose, the current ramp value of the first stand F1 is written into a buffer which corresponds to the strip length segment that is currently in the first stand F1, and is passed on to the following stand F2 as soon as the calculation of the strip tracking module 5 shows that the relevant strip segment is in the following scaffold F2. For the following scaffold F2, the current ramp value is written again in a buffer and treated analogously. By applying this algorithm accordingly to all stands F1 to Fn, the thickness ramps 5a (ramp (1), ramp (2), ramp (3), ... ramp (n)) are thus generated for the individual stands. In this example, a time-dependent function also uses a ramp as the reference variable for the speed, the values of which are in the range from 0 to 1.
To determine the speed control function (here speed ramp) 4a in the speed calculation module 4 (SGV calculation), the start time and the duration of the ramp for speed change from the parameter input 1 (parameter board) are used.
The stand control module 6 (millstand module) determines the outlet thickness, the expected rolling forces and the nominal bending forces (fis1, FB2, FgS ".., FBn) of the individual stands F1 to Fn via the nominal pass reduction (= the roll gap) of the rolls 9. The drive control module 7 (main drive module) determines the via the scaffold drives 11 (M1, M2, M3, Mn)
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Speed and the moment of acceleration of the secondary strand (including the rollers).
The loop lifter module 8 (looper module) determines the nominal belt tension for the
Loop lifter 10 (L1, L2, L3) The scaffold Fn is the last active scaffold
In Flg. 2 Is a teaching example for the course over time of the outlet thicknesses 60 on the individual
Scaffolds F1, F2, ... in millimeters as well as the outfeed speed 7z on the last scaffold in meters per second during the stitch schedule change.
The scaffold control module 6 shown in FIG. 3 (millstand module), see FIG. 1, moves to
Calculation of the nominal roll gap or the outlet thickness 60 (gap setpoint) and the nominal rolling and bending forces 6n (nominal bending force) the thickness guide functions 5a (ramp (x)) of the individual stands. For this purpose, the nominal parameters of the initial stitch plan (PS¯1) and the target stitch plan (PS¯2), such as the respective nominal outlet thickness 6a, 6b, the rolling force 6g, 6f, the adaptation terms 6c, 6d, which include influences such as roll crowning etc. and transfer the bending forces 6h, 6i from the parameter input 1 to the scaffold control module.
Likewise, the scaffold expansion module 6e (millstretch) is transferred from the parameter input 1 to the scaffold control module. The functions 6j, 6k, 61, 6m determine the corresponding nominal roll gap 60 and the corresponding nominal bending force 6n during the change of the pass schedule from the current value of the thickness guide functions 5a for the respective stand. For the calculation of the anticipated rolling force 6q, the proportion of force that occurs due to the change in the runout speed 71 of the strip compared to the nominal runout speed 7g of the initial stitch plan is also taken into account. The nominal values 60, 6n determined are subsequently forwarded to the control loops of the individual roll stands.
In the drive control module (main drive module), see FIG. 4, the respective nominal roller speed 7z and the respective nominal acceleration torque 7y are determined for the individual stand drives. This module is designed so that the last active stand Fn (see Fig. 1) specifies the reference rolling speed. The outlet speeds of the upstream stands, here designated F (n-1), are determined from the last stand Fn using the mass flow equation. It is in the drive control module via the nominal exit speeds 7a, 7b (vei) of the strip on the last stand of the initial stitch plan (PS¯1) and the finish stitch plan (PS¯2) and the speed control function 4a that the final rolling speed, which is equal to the exit speed 7c on the last stand , certainly.
The forward slip 7k (sf) of the individual stands is determined via the different roller speeds 7d, 7f (Vworxro)!) Of the work rolls according to the target or initial stitch plan and exit speeds 7e, 7g according to the target or initial stitch plan using the thickness control function 5a (sf calculation ). From this, the current roller speed 7z and, taking into account the roller diameter 7v and the rotational inertia 7w of the rotating drive parts and rollers, the required acceleration torque 7y (torque) of the individual drives is determined. The outflow speed 71 of the strip for the next upstream frame is determined via the mass flow equation.
Assuming that the strip width remains virtually constant during rolling, the outlet speed 7c is multiplied by the nominal outlet thickness 7m (Thet), calculated from the value of the thickness control function 5a and the outlet thicknesses 6a, 6b, and by the nominal inlet thickness 7n (Thentry ), of the framework Fn divided This algorithm is carried out analogously for the upstream frameworks.
The consequence of this is that the belt's outlet speeds on the individual stands are automatically adapted to the current status of the pass schedule change.
5 shows the control module 8 for calculating the nominal belt tension 8e which is to be applied by the respective loop lifter 10 (see FIG. 1). For this purpose, the strip tension is determined from the values of the strip tension 8a and 8b of the target or initial stitch plan and from the thickness guide function 5a. In addition, it is provided that the nominal belt tension 8e can be changed during the change of the pass schedule by specifying an adjustment parameter 8c. The strip width 8d and the strip thickness are included in the calculation of the strip tension 8e. However, since the outlet thickness on one stand is not the same as the inlet thickness on the following stand during the pass schedule change, it is possible to select a thickness value.
To calculate the nominal belt tension 8e, the outlet thickness on the upstream frame 7m (case 1), the inlet thickness 7n (see FIG. 4) on the downstream frame (case 2) or the mean value of the two can be selected (case 3). The calculated nominal
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Belt tension 8e is passed on to the regulation of the corresponding loop lifter.
The method and the associated device can be used advantageously in hot rolling mills to produce thin strips with a strip thickness of less than 1 mm, since technological hurdles such as excessive threading speeds of the strip and insufficient strip stiffness are eliminated by threading thick strip for threading and is converted to the desired lower strip outlet thicknesses during the rolling by means of the described method or the described device.
PATENT CLAIMS:
1. Procedure for carrying out a change of pass schedule during rolling in a multi-stand hot strip mill by influencing the respective roll gap of the stands, which determines the exit thickness of the strip, and the respective drive of the stands, which determines the exit speed of the strip the scaffold, the
Run-out thickness sequentially starting with the first stand in accordance with a predefined time-dependent function while maintaining a defined run-out speed for the last
Scaffolding from the current pass schedule to the following pass schedule using a
Band tracking is changed, and wherein the mass flow equation is used to determine outlet speeds, characterized in that
that regardless of the change in the outlet thickness, the outlet speed on the last scaffold under consideration is changed from the current to the following pass schedule according to a predefined time-dependent function, with the outlet speed of the upstream scaffolds at any time based on the outlet speed on the last frame Mass flow equation are determined and that the belt tension controlled by loop lifters is switched from the current to the following pass schedule according to a predefined time-dependent function.