DE102005029461B3 - Verfahren zum Aufbringen eines Kühlmittels und Walzgerüst zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines Kühlmittels 8 auf ein Walzgut 1 und/oder auf mindestens eine Walze 3, 4 eines Walzgerüsts 2 mit einem Walzspalt 9. Dabei wird zunächst eine aufzubringende Gesamtkühlmenge in Abhängigkeit der im Walzspalt 9 wirksamen Leistung bestimmt. Dann werden Kühlmengen für mehrere Zonen 11 in Abhängigkeit der mittels eines Planheitsmesssystems 6 ermittelten Regelabweichung der Planheitsverteilung bestimmt, wobei durch Vergleich der Summe der so ermittelten Kühlmengen mit der zuvor bestimmten Gesamtkühlmenge eine Kühlmengendifferenz ermittelt wird, aufgrund derer Zusatzkühlmengenanteile für die Zonen 11 unter Berücksichtigung von Ober- und Untergrenzen der Kühlmengen für die Zonen 11 ermittelt werden. Dieses Vorgehen wird so lange wiederholt, bis die Kühlmitteldifferenz einen vorgebbaren Wert unterschreitet. Erfindungsgemäß wird durch das Einhalten der vorgegebenen Gesamtkühlmenge VS für konstante und stabile Kühl- und Schmierbedingungen gesorgt. Dickeneinflüsse des Walzguts 1 und überhöhte Temperaturen des Walzguts 1 bzw. der Walzen 3, 4 werden vermieden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines Kühlmittels auf ein Walzgut und/oder auf mindestens eine Arbeitswalze eines Walzgerüsts mit einem Walzspalt, wobei das Walzgut unter Zuhilfenahme des Walzgerüsts gewalzt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Walzgerüst zur Durchführung des Verfahrens.
  • Der Einsatz von Kühl- und Schmiermittel beim Walzen von Walzgut ist beispielsweise bekannt aus "Grundlagen des Bandwalzens", Karlheinz Weber, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, 1973, Seiten 210 bis 215. Insbesondere wird hier der Einsatz von Ölen oder Ölemulsionen, die auf ein Walzgut oder die Walzen eines Walzgerüstes einer Kaltwalzstrasse aufgebracht werden, beschrieben.
  • Das Aufbringen von Kühlmittel, in der Regel Öl bzw. Ölemulsion, dient zum Kühlen des Walzguts und/oder der Walzen eines Walzgerüsts. Gleichzeitig wird durch Öl bzw. Ölemulsion auch der Walzspalt des Walzgerüsts geschmiert. Das Kühlmittel kann somit auch bzw. im Extremfall sogar ausschließlich als Schmiermittel dienen.
  • Aus der deutschen Patentschrift DE 198 46 900 C2 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Metallbandes mit Abschnitten unterschiedlicher Dicke durch Walzen bekannt. Dabei werden die unterschiedlich dicken Abschnitte des Bandes durch Warmwalzen hergestellt, indem das Band vor dem Warmwalzstich abschnittsweise durch Kühlen oder Erwärmen auf eine unterschiedliche Temperatur eingestellt wird.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 27 43 130 A1 ist eine Vorrichtung zum Walzen von band- oder tafelförmigem Walzgut zwischen zwei Arbeitswalzen bekannt, wobei zur Regelung des Walzgut-Querprofils Mittel zur örtlichen thermischen Beeinflussung im Walzbereich vorgesehen sind. Gemäß der DE 27 43 130 A1 sind diese Mittel zur örtlichen thermischen Beeinflussung als vorzugsweise induktive Heizelemente ausgebildet.
  • Die europäische Patentschrift EP 0 222 041 B1 beschreibt ein Verfahren zur Regelung des Profils eines gewalzten Bandes im Walzbetrieb, wobei Kühlmittel-Ausstoßmengen von Walzenkühlmittel-Ausstoßdüsen, die mit Abständen entlang der Länge einer Arbeitswalze angeordnet sind, in Übereinstimmung mit Ausgangssignalen eines Profildetektors geregelt werden.
  • Die Patentschrift US 3,150,548 beschreibt ein Verfahren zur Regelung der Dickenabnahme in einem Walzgut, wobei die Dicke des Walzgutes fortlaufend gemessen wird, wobei eine Mischung aus Schmiermittel zwischen den Oberflächen des Walzgutes und der Walzen zugeführt wird, und wobei die Anteile der Schmiermittelmischung in Abhängigkeit von der gemessenen Dicke verändert werden.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kühlmittel auf ein Walzgut und/oder auf mindestens eine Arbeitswalze eines Walzgerüsts derart aufzubringen, dass möglichst konstante und stabile Kühl- bzw. Schmierbedingungen gewährleistet sind.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Aufbringen eines Kühlmittels auf ein Walzgut und/oder auf mindestens eine Arbeitswalze eines Walzgerüsts mit einem Walzspalt, wobei das Walzgut unter Zuhilfenahme des Walzgerüsts gewalzt wird, und wobei die Menge des aufzubringenden Kühlmittels in Abhängigkeit der im Walzspalt wirksamen Leistung ermittelt wird. Derart werden störende Dickeneinflüsse minimiert und zu hohe Band- bzw. Walzentemperaturen vermieden.
  • Mit Vorteil kann die im Walzspalt des Walzgerüsts wirksame Leistung aus der Leistung des Antriebs des Walzgerüsts und unter Berücksichtigung des Zugs im Auslauf und/oder des Zugs im Einlauf des Walzgerüsts bestimmt werden.
  • Mit Vorteil kann die Planheit des Walzguts über mehrere Zonen in Breitenrichtung hinweg ermittelt werden, wobei das Kühlmittel in Abhängigkeit der ermittelten Planheitsverteilung über die mehreren Zonen verteilt auf das Walzgut und/oder auf die mindestens einer Arbeitswalze aufgebracht wird.
  • Zweckmäßigerweise kann das Verfahren mit folgenden Schritten ausgeführt werden:
    • i) Bestimmen einer aufzubringenden Gesamtkühlmenge in Abhängigkeit der im Walzspalt wirksamen Leistung,
    • ii) bestimmen von Kühlmengen für mehrere über die Breitenrichtung hinweg angeordneten Zonen in Abhängigkeit einer Regelabweichung der Planheitverteilung,
    • iii) ermitteln einer Kühlmengendifferenz durch Vergleich der Summe der Kühlmengen gemäß Schritt ii) mit der Gesamtkühlmenge gemäß Schritt i),
    • iv) ermitteln von Zusatzkühlmengenanteilen für die Zonen auf Grundlage der Kühlmengendifferenz gemäß Schritt III) unter Berücksichtigung von Ober- und Untergrenze der Kühlmengen für die Zonen,
    • v) wiederholen der Schritte ii) bis iv) bis die Kühlmengendifferenz gemäß Schritt iii) einen vorgebbaren Wert unterschreitet.
  • Mit Vorteil kann das Kühlmittel unter Zuhilfenahme von Kühldüsen auf das Walzgut aufgebracht werden.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch gelöst durch ein Walzgerüst mit einem Kühlsystem, mit einem Planheitsmesssystem und mit einem Steuerrechner, ausgebildet und gekoppelt gemäß Patentanspruch 6.
  • Mit Vorteil weist das Kühlsystem mehrere an mindestens einem Balken angeordnete Kühldüsen auf.
    •
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Walzgerüst mit Planheitsmesssystem und Steuerrechner,
  • 2 ein Beispiel für ein Kühlsystem mit mehreren in Breitenrichtung angeordneten Zonen,
  • 3 ein Beispiel für die Anordnung der Zonen mit Bezug auf das Walzgut,
  • 4 schematisch den Ablauf des Verfahrens zum Bestimmen der Kühlmengen für die einzelnen Zonen.
  • 1 zeigt ein Walzgerüst 2 mit Arbeitswalzen 3 und Stützwalzen 4 zum Walzen eines Walzguts 1. Das Walzgut 1 ist vorzugsweise bandförmig und als Metallband beispielsweise Stahlband oder Leichtmetallband, z.B. aus Aluminium, ausgebildet. Im gezeigten Beispiel durchläuft das Walzgut 1 das Walzgerüst 2 in Längsrichtung x. Das Walzgerüst 2 weist mehrere Arbeitswalzen 3 auf, die sich in Breitenrichtung y erstrecken und im Wesentlichen übereinander angeordnet sind. Zwischen den Arbeitswalzen 3 befindet sich der Walzspalt 9, den das Walzgut 1 während des Walzvorgangs durchläuft. In Breitenrichtung y sind Kühldüsen 5 angeordnet, die auf eine oder mehrere der Arbeitswalzen 3 und/oder auf das Walzgut 1 gerichtet sind. Die Kühldüsen 5 dienen zum Aufbringen von Kühlmittel 8 auf das Walzgut 1 und/oder auf die Arbeitswalzen 3. Insbesondere beim Kaltwalzen können die Walzen 3, 4 und das Walzgut 1 mit sogenanntem Walzöl als Kühlmittel 8 gekühlt werden. Das Walzöl dient dabei gleichzeitig dem Schmieren des Walzspaltes 9. Das Kühlmittel 8 kann eine Ölemulsion aufweisen. Das Kühlmittel 8 kann zumindest teilweise aus Wasser bestehen.
  • Dem Walzgerüst 2 und dem darin befindlichen Walzgut 1 werden durch mindestens einen in der Zeichnung nicht näher dargestellten Antrieb Energie zugeführt. Ein Großteil dieser Energie wird mit dem sich bewegenden, erwärmten Walzgut 1 und über das Kühlmittel 8, insbesondere das Walzöl, abgeführt. Die Aufteilung der abgeführten Energie auf das Walzgut 1 und das Kühlmittel 8 hängt von verschiedenen Umständen, wie beispielsweise Art des zu walzenden Materials, Materialhärte, Verformungswiderstand und Geschwindigkeit des Walzguts 1 ab.
  • Die Kühldüsen 5 sind vorzugsweise an einem oder mehreren Balken 10 (siehe 2, in 1 nicht näher dargestellt) angeordnet.
  • An einem Walzgerüst 2 sind vorzugsweise je Arbeitswalze 3, ein bis drei Balken 10 zur Kühlung und gegebenenfalls zusätzlich ein weiterer Balken 10 zur Schmierung vorgesehen.
  • In Bewegungsrichtung des Walzguts 1, im gezeigten Beispiel also in Längsrichtung x, dem Walzgerüst 2 nachgeordnet, also auf der Auslaufseite des Walzgerüsts 2 ist ein Planheitsmesssystem 6 angeordnet, welches über einen Steuerrechner 7 mit dem Walzgerüst 2 gekoppelt ist.
  • 2 zeigt einen über dem Walzgut 1 angeordneten Balken 10 eines Kühlsystems zur Kühlung des Walzguts 1 und/oder der Walzen 3, 4. In der Zeichnung ist das Walzgut im Schnitt dargestellt. An dem Balken 10 sind mehrere Kühldüsen 5 angeordnet, die zumindest teilweise auf das Walzgut 1 und/oder die eine in 2 nicht näher dargestellte Arbeitswalze 3 gerichtet sind. Die Kühldüsen 5 sind jeweils Zonen 11 zugeordnet, wobei diese Zonen 11 unterschiedliche Breiten b1 bzw. b2 aufweisen können. In 2 gezeigten Beispiel sind kleine Kühlzonen mit einer Breite b2 und große Kühlzonen mit einer Breite b1 dargestellt, wobei die Breite b1 doppelt so groß ist wie die Breite b2. In dem in 2 dargestellten Beispiel ist an einem Balken 10 je Zone 11 genau eine Kühldüse 5 vorgesehen. Die in 2 gezeigte Anordnung lässt sich ohne weiteres in Umkehr auf ein unterhalb des Walzguts 1 angeordnetes Kühlsystem mit Kühldüsen 5 und mit mindestens einem Balken 10 übertragen.
  • 3 zeigt die Verteilung der Zonen 11 bezogen auf das Walzgut 1. In der Zeichnung ist das Walzgut 1 in Draufsicht dargestellt.
  • In beispielhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die notwendige Gesamtkühlmenge zur Kühlung im Walzgerüst 2 in Abhängigkeit von der im Walzspalt 9 wirksamen Leistung ermittelt. Vorzugsweise kann die notwendige Gesamtkühlmenge proportional zur im Walzspalt 9 wirksamen Leistung ermittelt werden. Die im Walzspalt 9 wirksame Leistung setzt sich zusammen aus der Leistung des mindestens einen Antriebs des Walzgerüsts 2, zuzüglich der Leistung im Auslaufzug des Walzgerüsts 2, abzüglich der Leistung im Einlaufzug des Walzgerüsts 2. Die resultierende Leistung im Walzspalt 9 wird in Verformungsarbeit und damit in wärme umgesetzt.
  • Die im Walzspalt 9 wirksame Leistung wird in den Drehzahlregelungen der am zu walzenden Walzgut 1 wirksamen Antriebe, ermittelt. In der Regel sind am Walzgut 1, das eine Walzstraße durchläuft, die Antriebe mehrerer Walzgerüste 2 wirksam.
  • Die Gesamtkühlmenge wird bei kleiner Walzgeschwindigkeit vorzugsweise auf einen Mindestwert begrenzt. Mit Vorteil erfolgt analog eine Begrenzung der Gesamtkühlmenge auf einen Maximalwert bei großen Walzgeschwindigkeiten.
  • Wie in den 1 und 2 angedeutet, wird die erforderliche Kühlmenge über Kühldüsen 5 in Farm von Kühlmittel 8 auf die Walzen 3, 4, vorzugsweise die Arbeitswalzen 3 und gegebenenfalls auf das Walzgut 1 aufgebracht. Kühldüsen 5 sind jeweils Zonen 11 zugeordnet, wobei je Zone 11 mindestens eine, vorzugsweise genau eine Kühldüse 5 vorgesehen ist.
  • Zur exakten Einstellung der in Abhängigkeit von der im Walzspalt 9 wirksamen Leistung ermittelten Gesamtkühlmenge, wird ein Gesamtmengenregler der Vielzonen-Kühlungsregelung überlagert, der dafür sorgt, dass die erforderliche Gesamtkühlmenge durch Erhöhen bzw. Vermindern der Kühlmenge in den einzelnen Zonen 11 der Kühlung eingestellt wird. Dabei wird sichergestellt, dass die erforderliche Gesamtkühlmenge bei konstanten Bedingungen möglichst konstant gehalten wird. Derart wird vermieden, dass sich das Walzgut 1 und die Walzen 3, 4, insbesondere die Arbeitswalzen 3 übermäßig erwärmen. Die Einstellung der Kühlmenge für jede einzelne Zone 11 der Kühlung erfolgt durch Bestimmung des Ein-Ausschalt-Zeitverhältnisses des Kühlventils der entsprechenden Kühldüse 5 oder durch ein Proportionalventil.
  • Wie in 4 schematisch dargestellt, wird zunächst aus der aktuellen Regelabweichung RDa → je Zone 11 eine geglättete Regelabweichung RDg → je Zone 11 gebildet und jeweils mit einer regelabweichungsabhängigen Verstärkung kRD → und einer zonenunabhängigen Gesamtregelverstärkung kG multipliziert. Derart wird aufgrund der aktuellen Regelabweichung RDa → der mit Hilfe des Planheitsmesssystems 6 (siehe 1) ermittelten Planheitsverteilung durch die Vielzonen-Kühlungsregelung eine entsprechende Kühlmengenverteilung CZ → in den einzelnen Kühldüsen 5 bzw. Zonen 11 ermittelt. Bei den Größen aktuelle Regelabweichung RDa →, geglättete Regelabweichung RDg →, regelabweichungsabhängige Verstärkung kRD → und Kühlmengenverteilung CZ → handelt es sich um Vektoren, wobei die Anzahl der Elemente dieser Vektoren vorzugsweise der Anzahl der Zonen 11 entspricht. Die übrigen in 4 gezeigten Größen sind vorzugsweise skalar.
  • Vom überlagerten Gesamtmengenregler wird die sich aus der Planheitsmessung bzw. aus der Planheitsregelung ergebende Gesamtkühlmenge CS mit der vorgegebenen Gesamtkühlmenge VS verglichen. Die vorgegebene Gesamtkühlmenge VS wird vorzugsweise wie vorangehend beispielhaft beschrieben in Abhängigkeit von der im Walzspalt wirksamen Leistung ermittelt. Aus der sich daraus ergebenden gesamten Kühlmengendifferenz SD wird ein zusätzlicher Kühlmengenanteil Ca für die einzelnen Kühldüsen 5 bzw. Zonen 11 berechnet. Hierbei wird berücksichtigt, dass eine minimale bzw. maximale Kühlmenge je Zone 11 nicht unter- bzw. überschritten werden kann, und dass unterschiedliche Zonenbreiten b1, b2 (siehe 2) unterschiedliche Kühlmitteldurchflussmengen bedingen. Es wird zwischen fehlenden Kühlmengenanteilen mk bezogen auf Zonen 11 großer Breite b1 und überschüssigen Kühlmengenanteilen mg bezogen auf Zonen großer Breite b1 unterschieden. Die überschüssigen Kühlmengenanteile mg bezogen auf Zonen 11 großer Breite b1 werden von den gesamten Kühlmengenanteilen m2 bezogen auf Zonen 11 großer Breite b1 abgezogen um den zusätzlichen Kühlmengenanteil Ca für die einzelnen Kühldüsen 5 zu ermitteln. Dieser zusätzliche Kühlmengenanteil Ca wird nun nicht direkt auf die Kühlmengenverteilung CZ → addiert, sondern in eine Regelabweichung r umgerechnet und so auf den Reglerausgang einer jeden Zone 11 addiert. Der Vergleich der Gesamtkühlmenge CS mit der vorgegebenen Gesamtkühlmenge VS und die sich daraus ergebende Korrektur des Reglerausgangs wird so oft wiederholt, bis die Differenz zwischen der Gesamtkühlmenge CS und der vorgegebenen Gesamtkühlmenge VS einen vorgebbaren Wert unterschreitet.
  • Der wesentliche der Erfindung zugrunde liegende Gedanke lässt sich wie folgt zusammenfassen:
    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines Kühlmittels 8 auf ein Walzgut 1 und/oder auf mindestens eine Walze 3, 4 eines Walzgerüsts 2 mit einem Walzspalt 9. Dabei wird zunächst eine aufzubringende Gesamtkühlmenge in Abhängigkeit der im Walzspalt 9 wirksamen Leistung bestimmt. Dann werden Kühlmengen für mehrere Zonen 11 in Abhängigkeit der mittels eines Planheitsmesssystems 6 ermittelten Regelabweichung der Planheitsverteilung bestimmt, wobei durch Vergleich der Summe der so ermittelten Kühlmengen mit der zuvor bestimmten Gesamtkühlmenge eine Kühlmengendifferenz ermittelt wird, aufgrund derer Zusatzkühlmengenanteile für die Zonen 11 unter Berücksichtigung von Ober- und Untergrenzen der Kühlmengen für die Zonen 11 ermittelt werden. Dieses Vorgehen wird solange wiederholt, bis die Kühlmitteldifferenz einen vorgebbaren Wert unterschreitet. Erfindungsgemäß wird durch das Einhalten der vorgegebenen Gesamtkühlmenge VS für konstante und stabile Kühl- und Schmierbedingungen gesorgt. Dickeneinflüsse des Walzguts 1 und überhöhte Temperaturen des Walzguts 1 bzw. der Walzen 3, 4 werden vermieden.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Aufbringen eines Kühlmittels (8) auf ein Walzgut (1) und/oder auf mindestens eine Arbeitswalze (3) eines Walzgerüsts (2) mit einem Walzspalt (9), wobei das Walzgut (1) unter Zuhilfenahme des Walzgerüsts (2) gewalzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des aufzubringenden Kühlmittels (8) in Abhängigkeit der im Walzspalt wirksamen Leistung ermittelt wird.
  2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Walzspalt (9) des Walzgerüsts (2) wirksame Leistung aus der Leistung des Antriebs des Walzgerüsts (2) und unter Berücksichtigung des Zugs im Auslauf und/oder im Einlauf des Walzgerüsts (2) bestimmt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planheit des Walzguts (1) über mehrere Zonen (11) in Breitenrichtung (y) des Walzguts (1) hinweg ermittelt wird, und dass das Kühlmittel (8) in Abhängigkeit von der ermittelten Planheitsverteilung über die mehreren Zonen (11) verteilt auf das Walzgut (1) und/oder auf die mindestens eine Arbeitswalze (3) aufgebracht wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche mit folgenden Schritten: i) Bestimmen einer aufzubringenden Gesamtkühlmenge in Abhängigkeit von der im Walzspalt (9) wirksamen Leistung, ii) bestimmen von Kühlmengen für die Zonen (11) in Abhängigkeit einer Regelabweichung der Planheitsverteilung, iii) ermitteln einer Kühlmengendifferenz durch Vergleich der Summe der gemäß Schritt ii) bestimmten Kühlmengen mit der gemäß Schritt i) bestimmten Gesamtkühlmenge, iv) ermitteln von Zusatzkühlmengenanteilen für die Zonen (11) auf Grundlage der gemäß Schritt iii) ermittelten Kühlmengendifferenz unter Berücksichtigung von Ober- und Untergrenzen der Kühlmengen für die Zonen (11), v) wiederholen der Schritte ii) bis iv) bis die Kühlmengendifferenz gemäß Schritt iii) einen vorgebbaren Wert unterschreitet.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel (8) unter Zuhilfenahme von mehreren jeweils einer Zone (11) zugeordneten Kühldüsen (5) auf das Walzgut (1) aufgebracht wird.
  6. Walzgerüst (2) mit einem Kühlsystem (5, 10), mit einem Planheitsmesssystem (6) und mit einem Steuerrechner (7), wobei der Steuerrechner (7) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Patentansprüche ausgebildet und entsprechend mit dem Planheitsmesssystem (6) und mit dem Kühlsystem (5, 10) gekoppelt ist.
  7. Walzgerüst (2) nach Patentanspruch 6, wobei das Kühlsystem (5, 10) mehrere an mindestens einem Balken (10) angeordnete Kühldüsen (5) aufweist.
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