CN101970144A - 在无芯带材卷取装置入口区域内渐进弯曲金属带的方法和弯曲装置 - Google Patents
在无芯带材卷取装置入口区域内渐进弯曲金属带的方法和弯曲装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于在无芯的带材卷取装置(3)的入口区域内渐进地弯曲金属带的方法和弯曲装置。为避免金属带(5)与被驱动的弯曲辊(11、12、13)之间打滑并因此避免损坏金属带表面，将所有被驱动的弯曲辊(11、12、13)在与金属带表面的相应的接触线(BL11、BL12、BL13)上的圆周速度调整到金属带(5)在所述接触线上的表面速度(v11、v12、v13)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在无芯的带材卷取装置的入口区域内渐进地弯曲金属带的方法，优选热轧带材，尤其是热轧钢带，其中，金属带由被旋转驱动的弯曲辊导引和弯曲。为实施这种方法提出一种弯曲装置，用于在无芯的带材卷取装置的入口区域内利用多个被旋转驱动的弯曲辊渐进地弯曲金属带。
背景技术
在轧机设备上，可卷绕的热轧金属带在从轧机机架出来后或者从轧钢机列最后的轧机机架出来后在带材卷取装置上卷绕成带卷。这种卷取过程可以要么结合卷取机芯棒、要么在无芯的情况下进行。在带材卷取装置(coilbox)中无芯地卷绕金属带时，需要将送入的金属带在弯曲装置中进行弯曲，以便可以在带材卷取装置上形成紧凑卷绕的带卷。
这种类型的设置在带材卷取装置入口侧上的弯曲装置由DE 20 59 711 A1有所公开。该弯曲装置包括两个设置在带通过路径上面的被驱动的弯曲辊和一个设置在带通过路径下面的可调整和被驱动的弯曲辊，该弯曲辊在金属带的带运行方向上处于两个上面设置的弯曲辊之间的路段中。利用可调整的弯曲辊调整所要弯曲的金属带的弯曲半径，其中，可以考虑变化的带厚度。通常为被驱动的上面的弯曲辊配有一个具有分动传动机构的共用驱动单元，并为下面的弯曲辊配有一个单独驱动器。因为金属带在其通过弯曲装置输送时在与弯曲辊的相应的接触线上具有不同的曲率半径，所以弯曲辊与金属带之间出现局部打滑，导致表面损坏(划痕形成)。
JP 62-279021 A2公开了将金属带的带厚度作为测量弯曲机架的单个下面的弯曲辊和出口侧的上面的弯曲辊的、不同驱动速度的标准。在这种情况下，前提是弯曲的金属带在与两个弯曲辊的接触线上具有拥有共同瞬时中心的曲率半径。但这种设想不符合金属带沿通过弯曲辊的位置预先确定的带通过路径延伸的事实。
发明内容
本发明的目的因此在于，避免公知的现有技术的缺点并提供一种方法以及一种弯曲装置，其中尽可能避免金属带与弯曲辊之间打滑和金属带上由此造成的表面损坏。
该目的通过独立权利要求1和7所述的特征得以实现。具有优点的实施方式在从属权利要求中予以说明。
在一种开头所述类型的方法中，该目的由此得以实现，将所有被驱动的弯曲辊在与金属带表面的相应的接触线上的圆周速度调整到金属带在所述接触线上的表面速度。
金属带的在弯曲辊之间的带通过路径不仅通过弯曲辊的相互位置确定，而且还受由最后的轧机机架或者导入辊道引起的进入条件并受输出条件或受带卷形成的反作用例如瞬时带卷直径的明显影响。这些复杂的相互联系造成单独控制被驱动的弯曲辊，以便可以为各自的工作状态调整最佳的条件。这一点由此得到确保，即将弯曲装置中每个被驱动的弯曲辊的圆周速度调整或者调节到金属带在相应的接触线上的表面速度。
为符合材料特性和生产造成的边缘条件，具有优点的是金属带在与弯曲辊接触线上的表面速度根据参与弯曲过程的弯曲辊的瞬时位置和金属带的状态参量在数学模型中确定，并据此调整每个被驱动的弯曲辊的圆周速度或者转速。
弯曲的金属带在观察长度区段时根据所产生的曲率，在分别靠近表面的区域内在弧度内侧面上压缩，并在弧度外侧面上伸长。与此相应数学模型包括用于确定在被驱动的弯曲辊与金属带表面的接触线上出现的伸长和压缩和/或金属带调整的曲率半径的计算规则，并根据据此计算出的值确定和调整每个被驱动的弯曲辊的圆周速度或者转速。
作为金属带的系统重要的状态参量，至少将金属带厚度、金属带温度和金属带的质量(后面特别理解为取决于温度的材料特性)作为预定值或者测量值输入到数学模型内。此外，金属带从弯曲装置进入或者输出的进入角度或者输出角度也具有重要意义。特别是从弯曲装置出来的输出角度受瞬时带卷直径的明显影响，并改变弯曲装置中的带通过特性。
在此适宜地提出，至少其中一个弯曲辊在卷取过程期间的瞬时位置根据带材卷取装置内卷绕的金属带的持续增大的带卷直径来调整。
为确保尽可能无打滑将带输送过弯曲装置，适宜地连续测量一个或者多个被驱动的弯曲辊的瞬时驱动转矩或者与此相应的参量，并在驱动转矩下降时或者低于额定转矩的情况下，在优化驱动转矩分布的意义上改变或者调节旋转驱动器(驱动电机)或弯曲辊的转速或者弯曲辊的圆周速度。优选连续测量弯曲辊的转速，以及作为与驱动转矩相关的参量连续测量旋转驱动器的耗用电流，并作为调节的基础。因此可以连续监测、分析弯曲辊与金属带之间的打滑条件并采取消除误差的措施。需要时也可以产生进一步采取手动干预的报警信号。
在一种开头所称类型的用于渐进地弯曲金属带的弯曲装置中，其在无芯的带材卷取装置的入口区域内装备多个被旋转驱动的弯曲辊，开头提出的目的由此得以实现，即每个被驱动的弯曲辊与彼此可以独立控制的旋转驱动器连接并为所有旋转驱动器配有一个共用的控制装置，用于确定每个弯曲辊的单独的圆周速度或者转速。由此产生的可能性是，连续考虑金属带在弯曲辊与金属带表面的接触线上的不同的或者在卷绕周期上改变的弯曲半径，并在不可预见、突然出现的打滑行为下进行纠正。打滑行为中的变化可以通过辊与金属带之间变化的摩擦条件形成。
按照本发明一种实施方式，控制装置包括具有至少一个数学模型的计算单元，用于相对于与金属带表面的相应的接触线来确定每个被驱动的弯曲辊的转速或者圆周速度。数学模型以强度理论的前提为基础，并在弹性和塑性范围内考虑金属带的材料特性。
弯曲装置包括至少三个可以彼此独立控制的被驱动的弯曲辊。弯曲辊的控制在这种情况下仅涉及弯曲辊的旋转驱动器。附加地完全可以例如在弯曲装置的入口侧设置至少一个用于稳定金属带导入的另外的弯曲辊或者输送辊。
为弯曲辊的每个旋转驱动器配有用于检测旋转驱动器或者弯曲辊的转速和旋转驱动器的驱动转矩或者与此相应的参量的测量装置，以及用于调节弯曲辊转速的调节器。瞬时驱动矩的检测例如可以通过采用耗用电流测量仪测量耗用电流进行。
为优化地将带送入带材卷取装置内，特别是为调整对构成固定卷绕的带卷至关重要的有利的弯曲半径，至少其中一个被驱动的弯曲辊支撑在用于轴平行地移动弯曲辊的轴承座内，其中，轴承座与调整装置连接，且调整装置包括执行机构和位置传感器，所述执行机构与控制装置处于作用连接。为轴承座配有导引机构。这些导引机构可以均匀设置在专用的滑块上，它们不同时地形成轴承座。
按照一种优选的实施方式，两个上面的被驱动的弯曲辊支撑在用于轴平行地移动弯曲辊的轴承座内。因此两个上面的弯曲辊可以这样定位，使通过的金属带在出口侧产生预先确定的曲率。配有给轴承座的调整装置可以彼此独立控制。两个上面的被驱动的弯曲辊优选支撑并导引在一个共用的支架上。
附图说明
本发明的其他优点和特征来自参照附图但不局限于此实施例的下列说明。其中：
图1示出具有依据本发明的弯曲装置的无芯的带材卷取装置的示意图，所述弯曲装置用于在轧机机架出口侧弯曲金属带；
图2示出渐进地弯曲的金属带通过通过依据本发明的弯曲装置。
具体实施方式
图1以示意图示出在无芯的带材卷取装置3的入口区域2内弯曲装置1的基本结构，带材卷取装置3与轧钢机列的轧机机架4或者最后的轧机机架4连接。在轧机机架4内可卷取的热轧金属带5通过辊道6和任意构成的导动装置7输送到弯曲装置1并在通过弯曲装置1期间弯曲和形成曲率，该曲率在金属带进入无芯的带材卷取装置3后可以使金属带卷绕成紧凑卷绕的带卷8。带卷8采用虚线表示卷绕过程中的中间位置上的小直径，并采用点划线表示其最大直径。卷绕的带卷在卷绕过程期间支撑在两个可旋转的支撑辊10上。
弯曲装置1包括三个被旋转驱动的弯曲辊11、12、13，其中两个弯曲辊设置在带通过路径14的上面，一个弯曲辊设置在下面。这样使导过的金属带三点弯曲。为每个弯曲辊11、12、13配有一个由电动机形成的旋转驱动器15、16、17，其中，旋转驱动器可以彼此独立根据需要进行控制。所述旋转驱动器与一个对于所有旋转驱动器共用的控制装置18通过用于向控制装置传输旋转驱动器的实际值并从控制装置向旋转驱动器传输控制量的信号线连接。弯曲辊11、12、13可旋转地支承在轴承座19、20、21内，这些轴承座在它那方面支撑在弯曲装置的未详细示出的外壳内。至少一个，在所示的实施方式中两个这种轴承座19、20可移动地支撑在用于轴平行地移动弯曲辊11、12的导引机构22上，并与用于转换弯曲辊11、12位置变化的各一调整装置23连接。调整装置23包括各一由压力介质缸形成的执行机构24，为其配有位置传感器25。从位置传感器可以向控制装置18发送弯曲辊各自的实际位置并将控制量送到执行机构24上。利用弯曲辊11、12相对于其他弯曲辊13调节的定位，可以根据不同影响参量的预先规定弯曲装置出口处金属带的曲率。
本发明无论如何不局限于上面的弯曲辊11、12相对于其他弯曲辊13的定位。为取得金属带进入带材卷取装置时所要求的弯曲，弯曲辊的调整彼此或多或少相同作用地通过移动一个或者多个形成弯曲装置的弯曲辊来实现。调整在这种情况下可以采用结构上不同的解决方案进行，例如如图1所示线性或者采用杠杆或者杠杆系统。
图2示出渐进地弯曲的金属带沿带通过路径14通过弯曲装置。轧制的金属带以带输送速度v离开轧机机架并以该速度通过弯曲装置以及以这种带输送速度进入带材卷取装置。带输送速度v基于金属带的中性线。金属带的曲率半径r即r11、r12、r13越小，伸长和压缩就越大，因此金属带在带表面上和金属带靠近表面的区域内延长和缩短，由此相对于恒定的带输送速度，金属带的弧度外侧面上速度提高，而弧度内侧面上速度下降，这主要取决于带厚度和瞬时的曲率半径。每个弯曲辊11、12、13沿图2中与图平面垂直的接触线BL11、BL12、BL13与导过的金属带的带表面接触。金属带在接触线上具有瞬时的表面速度v11、v12、v13，它们在不同曲率半径(其分别由瞬时中心MP11、MP12、MP13与所属的接触线BL11、BL12、BL13的法向距离表示)的情况下具有不同大小。但驱动矩从被驱动的弯曲辊向金属带上尽可能无打滑的传递只能在这种情况下进行，即金属带在弯曲辊与金属带表面的接触线上的表面速度相当于弯曲辊的圆周速度，或者在考虑到辊直径的情况下相当于被驱动的弯曲辊的转速n11、n12、n13。
弯曲装置的所有弯曲辊都是被驱动的辊，这在任何情况下均不是强制性的前提条件。如果其中一个或者多个弯曲辊仅形成与金属带随动的辊，但有助于金属带弯曲的话，这也绝对处于本发明的保护范围内。
控制装置18包括计算单元26(处理计算机)，里面寄存至少一个数学模型，用于计算带表面的伸长和压缩，或弯曲辊与金属带表面的接触线BL11、BL12、BL13上瞬时的表面速度v11、v12、v13。从预先规定或者所测量的输入参量例如带宽、带厚、钢质量、进入温度、所期望的弯曲半径和确定的弯曲辊位置出发，按照强度理论的原理在考虑金属带的塑性特性情况下，计算带表面上的伸长和压缩，或弯曲辊与金属带表面的接触线上的瞬时的表面速度值。此外在这种数学模型中还可以进行带通过路径和弯曲装置出口侧的弯曲辊的弯曲半径的优化。附加地可以确定和考虑进入和输出条件，这些条件例如通过入口侧带延伸的带长度或者通过输送造成的力引起，或者在出口侧通过连续增大的带卷直径引起。
为旋转驱动器配有防打滑调节装置。为此连续检测单个弯曲辊或者旋转驱动器的转速以及旋转驱动器的耗用电流值，并输送到用于转速调节的调节器。单个弯曲辊的匹配于所期望的表面速度的额定转速可以作为经验值预先规定，或者通过数学模型计算。单个弯曲辊耗用电流上的突然变化是出现打滑的标准并触发调节。这一点例如可以通过电压校正信号进行。
附图标记列表
1 弯曲装置
2 带材卷取装置的入口区域
3 带材卷取装置
4 轧机机架
5 金属带
6 辊道
7 导动装置
8 带卷
10 支撑辊
11、12、13 弯曲辊
14 带通过路径
15、16、17 旋转驱动器
18 控制装置
19、20、21 轴承座
22 轴承座的导引机构
23 调整装置
24 执行机构
25 位置传感器
26 计算单元
v 带输送速度
r、r11、r12、r13 曲率半径
v11、v12、v13 瞬时表面速度
BL11、BL12、BL13 弯曲辊与金属带表面的接触线
MP11、MP12、MP13 曲率半径的瞬时中心
n11、n12、n13 弯曲辊的转速
Claims (12)
1.用于在无芯的带材卷取装置(3)的入口区域内渐进地弯曲金属带(5)、优选热轧带材的方法，其中，金属带由被旋转驱动的弯曲辊(11、12、13)导引和弯曲，其特征在于，将所有被驱动的弯曲辊(11、12、13)在与金属带表面的相应的接触线(BL11、BL12、BL13)上的圆周速度调整到金属带在所述接触线上的表面速度(v11、v12、v13)。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，金属带(5)在与弯曲辊(11、12、13)的接触线(BL11、BL12、BL13)上的表面速度(v11、v12、v13)根据参与弯曲过程的弯曲辊的瞬时位置和金属带的状态参量在数学模型中确定，并据此调整每个被驱动的弯曲辊的圆周速度或者转速(n11、n12、n13)。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，数学模型包括用于确定在被驱动的弯曲辊(11、12、13)与金属带表面的接触线(BL11、BL12、BL13)上出现的伸长和压缩和/或金属带(5)调整的曲率半径(r11、r12、r13)的计算规则，并根据据此计算出的值来确定和调整每个被驱动的弯曲辊(11、12、13)的圆周速度或者转速(n11、n12、n13)。
4.按权利要求2或3所述的方法，其特征在于，作为金属带的状态参量至少将金属带厚度、金属带温度和金属带的质量(取决于温度的材料特性)作为预定值或者测量值输入到数学模型内。
5.按权利要求2-4中任一项所述的方法，其特征在于，至少其中一个弯曲辊(13)在卷取过程期间的瞬时位置根据在带材卷取装置内卷绕的金属带的持续增大的带卷直径进行调整。
6.按权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，连续测量一个或者多个被驱动的弯曲辊(11、12、13)的瞬时驱动转矩或者与此相应的参量，并在驱动转矩下降时或者低于额定转矩情况下，在优化驱动转矩分布的意义上调节旋转驱动器的转速(n11、n12、n13)或者弯曲辊的圆周速度。
7.弯曲装置，用于在无芯的带材卷取装置(3)的入口区域内利用多个被旋转驱动的弯曲辊(11、12、13)渐进地弯曲金属带(5)，优选热轧带材，其特征在于，每个被驱动的弯曲辊(11、12、13)与彼此可以独立控制的旋转驱动器(15、16、17)连接，并为所有旋转驱动器配有共用的控制装置(18)，用于确定每个弯曲辊的单独的圆周速度或者转速(n11、n12、n13)。
8.按权利要求7所述的弯曲装置，其特征在于，控制装置(18)包括具有至少一个数学模型的计算单元(26)，所述数学模型用于相对于与金属带表面的相应的接触线(BL11、BL12、BL13)来确定每个被驱动的弯曲辊(11、12、13)的转速(n11、n12、n13)或者圆周速度。
9.按权利要求7或8所述的弯曲装置，其特征在于，所述弯曲装置包括至少三个可以彼此独立控制的被驱动的弯曲辊(11、12、13)。
10.按权利要求7-9中任一项所述的弯曲装置，其特征在于，为弯曲辊(11、12、13)的每个旋转驱动器(15、16、17)配有用于检测弯曲辊或者旋转驱动器的转速和/或旋转驱动器的驱动转矩或者与此相应的参量的测量装置，以及用于调节弯曲辊的转速(n11、n12、n13)和/或驱动转矩的调节器。
11.按权利要求7-10中任一项所述的弯曲装置，其特征在于，至少其中一个被驱动的弯曲辊(11、12、13)支撑在用于轴平行地移动弯曲辊的轴承座(19、20)内，所述轴承座(19、20)与调整装置(23)连接，并且所述调整装置(23)包括执行机构(24)和位置传感器(25)，并且所述执行机构与控制装置(18)处于作用连接。
12.按权利要求11所述的弯曲装置，其特征在于，两个上面的被驱动的弯曲辊(11、12)支撑在用于轴平行地移动弯曲辊(11、12)的轴承座(19、20)内。
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