DE102006036054A1

DE102006036054A1 - Walzenbiegung bei Mehrwalzengerüsten

Info

Publication number: DE102006036054A1
Application number: DE200610036054
Authority: DE
Inventors: Michael Dr.-Ing. Brensing; Olaf Dr.-Ing. Fischer; Jürgen Prof. Dr. Schneider; Arno Prof. Dr.-Ing. Hensel
Original assignee: ThyssenKrupp Steel AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2026-08-03
Also published as: DE102006036054B9; DE102006036054B4

Abstract

Die Erfindung erlaubt es, basierend auf den grundsätzlichen umformtechnischen Beziehungen, den jeweiligen anlagentechnischen und werkstoffseitigen Parametern im Hinblick auf eine Minimierung der messbaren Planheitswerte DeltaL/L über den Gesamtprozess des Kaltwalzens optimierte Werte für die Arbeitswalzen- und Zwischenwalzenbiegekraft vorherzusagen. Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Kaltwalzen von metallischem Band vor, bei dem das kaltzuwalzende Band durch einen zwischen zwei Arbeitswalzen eines Walzgerüstes gebildeten Walzspalt geleitet wird, dessen Ausbildung mittels auf die jeweilige Arbeitswalze ausgeübter Biegekräfte geregelt wird, wobei jeder Arbeitswalze eine Zwischenwalze zugeordnet ist, die die betreffende Arbeitswalze abstützt und auf die ebenfalls Biegekräfte aufgebracht werden. Erfindungsgemäß werden dabei die auf die Arbeits- und Zwischenwalzen aufzubringenden Biegekräfte in Abhängigkeit eines material-, anlagen- und technologieabhängigen Biegewerts F<SUB>bAW</SUB> vorgegeben, der in Abhängigkeit von einem Werkstoffaktor, der Breite des jeweils verarbeiteten Bandes, der Eingangsbanddicke, der Ausgangsbanddicke, der bezogenen Dickenabnahme pro Walzstich, einem Einflussfaktor für den Arbeitswalzendurchmesser, einem Einflussfaktor für den Zwischenwalzendurchmesser und einem Korrekturwert des Bandkantenüberstandes der Zwischenwalze bestimmt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kaltwalzen eines metallischen Bandes, das aus einer Eisen- oder auch aus einer Nichteisenlegierung bestehen kann. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Kaltwalzen von Bändern, die aus unsilizierten, schwach- oder mittelsilizierten Legierungen oder aus hochsilizierten Eisenlegierungen hergestellt sind, wie sie als elektrotechnische Stähle Anwendung in der Elektrotechnik finden.
Derartige für elektrotechnische Anwendungen vorgesehenen Stähle weisen typischerweise Si-Gehalte bis maximal 3,5 Gew.-% auf und gestatten eine problemlose Fertigung auf dem üblichen schmelzmetallurgischen Herstellungsweg. Insbesondere durch eine Beschränkung des Si-Gehaltes auf Gehalte von weniger als 3,2 Gew.-% kann dabei sichergestellt werden, dass bei konventioneller Herstellungsweise das erhaltene Elektroband nach dem Kaltwalzen rissfrei ist.
Im Zuge der konventionellen Fertigung wird nach dem Erschmelzen der Stahllegierung die Schmelze zu Grammen oder Dünnbrammen vergossen. Die Grammen oder Dünnbrammen werden dann je nach Fertigungsweg entweder im Direkteinsatz ohne Wiedererwärmung oder nach einer Abkühlung und einer anschließenden Wiedererwärmung in einem Warmwalzprozess zu Warmband gewalzt, dessen Dicke typischerweise im Bereich von 1,5–5 mm liegt. Der Warmwalzprozess kann dabei in ein Entzundern, ein Vorwalzen und ein in der Regel in einer mehrgerüstigen Warmwalzstaffel durchgeführtes Fertigwalzen aufgegliedert sein.
Um die Dicke des warmgewalzten Bandes auf handelsübliche Dicken zu reduzieren, wie sie im Bereich der Elektroblech-Anwendungen benötigt werden, wird im Anschluss an das Warmwalzen ein Kaltwalzen des Bandes durchgeführt. Im Zuge dieses in der Fachsprache auch als "Kaltbandprozessing" bezeichneten Arbeitsschritts wird das Warmband üblicherweise zunächst einem Beizvorgang unterzogen, um dann zum fertigen Kaltband kaltgewalzt zu werden. Ergänzend wird erforderlichenfalls vor dem Kaltwalzen ein Glühen des Warmbandes, gegebenenfalls in Kombination mit dem Beizen, durchgeführt. Das Kaltwalzen selbst kann dann ein- oder mehrstufig durchgeführt werden, wobei zwischen den einzelnen Stufen des Kaltwalzens eine Zwischenglühung sowie nach dem Kaltwalzen eine Schlussglühung durchgeführt werden können, um die im Zuge des Kaltwalzens eintretende Verfestigung auszugleichen und die mechanischen sowie elektro-magnetischen Eigenschaften des fertigen Bandes einzustellen.
Für spezielle elektrotechnische Erzeugnisse erfolgen nach dem Schlussglühen beim Verarbeiter ein Nachwalzen, ein Ausstanzen der für den jeweiligen elektrotechnischen Verwendungszweck benötigten Teile und gegebenenfalls ein nochmaliges Glühen dieser Teile.
Ziel des Kaltwalzens ist die endgültige Formgebung des kaltgewalzten Bandes, d. h. zum einen das Erreichen der gewünschten Enddicke und zum anderen die Einbringung der erforderlichen Umformenergie für die optimale Gestaltung der anschließend während der Schlussglühung ablaufenden Erholungs- und Rekristallisationsvorgänge.
Für kaltgewalzte elektrotechnische Bänder wie auch für andere kaltgewalzte Erzeugnisse ist die Maßhaltigkeit, d. h. die Einhaltung der vorgegebenen geometrischen Abmaße und maximal zulässigen Formabweichungen, von besonderer Bedeutung für die Be- und Verarbeitung. Zu den bei der Herstellung von Kaltband einzuhaltenden Formvorgaben zählen: Die maximale Abweichung von der Nenndicke, der maximale Dickenunterschied parallel und senkrecht zur Bandrichtung, die Breitenabweichungen, die Längenabweichungen für aus dem jeweiligen Kaltband geschnittenen Tafeln, maximale Bogigkeit, maximale Geradheitstoleranz, maximale Ebenheit (Welligkeit) und maximale Schnittlinienabweichung (innere Spannung). Eine gute Bandqualität, d. h. die Vermeidung einer merklichen Kantenabweichung und Bombierung, von Randwellen, von inneren Spannungen u. a. gewinnt dabei besondere Bedeutung. Das Vorhandensein von inneren Spannungen ist für elektrotechnische Stähle zusätzlich von Wichtigkeit, da diese die magnetischen Eigenschaften in starkem Maße negativ beeinflussen.
Um eine optimale Bandgeometrie während des Kaltwalzens von warmgewalztem Band zu erreichen, wurden zahlreiche technische und technologische Maßnahmen vorgeschlagen Beispiele für diese Vorschläge sind in den folgenden Veröffentlichungen gegeben:

– A. Hensel, Technologie der Metallformung, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1990,
– F.G. Lenze, 6-Walzen-Kaltbandanlage mit horizontaler und vertikaler Walzspaltbeeinflussung, Stahl und Eisen 104 (1984), S. 83,
– L. Hoffmann u. a., Prozessoptimierung an einem CVC-6HS-Walzgerüst, Tagungsband MEFORM 2000, S. 275,
– O. Pawelski u. a., Der Durchgriff von über die Bandbreite variablen Walzparametern auf das Bandprofil und die Planheit beim Kaltwalzen, Walzen von Flachprodukten, DGM-Verlag, 1986,
– W. Y. D. Yuen, Improving Cold Rolling Operations with Advanced Technologies, SFAS I Quarterly, OET. 1999, S. 42,
– H.-J. Hartmann, Beiträge zur Modellierung der Planheit beim Warm- und Kaltwalzen, Promotionsschrift, TU-Bergakademie, Freiberg, 1991,
– H.-J. Nettelbeck u. a., zu: Proceeding Engineering Committee Confer. 3. und 4. Juni 2002, Raate, Finnland,
– Y. D. Vasilev, Planarity in Strip and Sheet Rolling, Steel in Translation, vol. 33, No. 9 (2203) p. 61,
– M. Jalali u. a., Improved Flatness in EKO's Tandem Cold Mill, in: Proc. ATS Internat. Steel Meeting Conf., 11.–12.12.2002, Paris,
– Wallace, D., Huskonees Hot Topic: Cold Rolling, Metal Producing & Processing, Sept./Okt. 2004, S. 15.

Gemeinsames Merkmal der aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen zur Verbesserung der Maßhaltigkeit von kaltgewalztem Band ist, dass für die physikalisch exakte Berechnung der Walzenbiegungslinien und damit des Lastwalzspalts über die Bandbreite und Bandlänge mehr oder weniger aufwendige Rechenmodelle angewendet werden müssen. Dabei ist aus der Praxis kein Modell bekannt, welches im Online-Betrieb genutzt werden könnte, um die Regelung genügend schnell widerspruchsfrei und so optimal zu gestalten, dass bei geringer Kantenanschärfung beliebige Bänder mit hoher Ebenheit und niedriger Eigenspannung reproduzierbar gewalzt werden können.
Die Ursache hierfür liegt in der Komplexität der Faktoren, die Einfluss auf das Walzergebnis und damit auf die Einstellung des Walzspalts haben. Zu diesen Faktoren zählen Werkstoffeinflussgrößen, wie Legierung und Walzenwerkstoff, technische Einflussgrößen, wie Walzkraft, Walzenabplattung, Umformwiderstand und gedrückte Länge und technologische Einflussgrößen, wie Walzgeschwindigkeit, Vorwärts- und Rückwärtszug, Durchmesser und Schliff der Arbeitswalze und Zwischenwalze, Axial- und Horizontalverschiebung der Walzen, Schmierung und Kühlung.
Die Komplexität der gegenseitigen Beeinflussung dieser Einflussgrößen ist so hoch, dass die in der Praxis angewendeten Modelle zur Ebenheitsverbesserung nur ausgewählte Haupteinflussgrößen betrachten. Diese Beschränkung hat zur Folge, dass trotz des Vorhandenseins aufwändiger Steuereinrichtungen in der Regel experimentelle Einstellarbeiten erforderlich sind und auf Erfahrungswerte zurückgegriffen werden muss, um während des Kaltwalzens eine optimale Regelung der Bandplanheit sicherzustellen. Daher werden für Online-Regelmodelle oft empirische oder halbempirische Lösungen genutzt, die zumeist in Verbindung mit einem Ist-Wert/Sollwert-Vergleich von Automatisierungslösungen angewendet werden. Beispiele für derart arbeitende Steuer- und Regeleinrichtungen sind in der DE 195 00 628 A1 , der DE 103 28 472 A1 , der JP 2003 326305 A , der DE 2 911 621 A1 , der DE 38 23 767 A1 , der DE 34 01 894 A1 oder der DE 43 21 963 A1 angegeben.
Durch den Einsatz neuronaler Netze oder anderer moderner Lösungswege, wie sie beispielsweise in der DE 42 09 746 A1 beschrieben sind, kann zwar die Leistungsfähigkeit von Regeleinrichtungen gesteigert werden. Solange jedoch diese auf Regelmodellen basieren, die die jeweils tatsächlich vorliegenden umformtechnischen Beziehungen nicht hinreichend genau beschreiben und als Basis für eine Bewertung der tatsächlich vorliegenden Ist-Werte herangezogen werden können, liefern auch unter Verwendung von neuronalen Netzen arbeitende Regelungen keine ausreichend genauen Ergebnisse.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine praxisorientierte Verfahrensweise zu schaffen, die es erlaubt, basierend auf den grundsätzlichen umformtechnischen Beziehungen, den jeweiligen anlagentechnischen und werkstoffseitigen Parametern im Hinblick auf eine Minimierung der messbaren Planheitswerte ΔL/L über den Gesamtprozess des Kaltwalzens optimierte Werte für die Arbeitswalzen- und Zwischenwalzenbiegekraft vorherzusagen.
Diese Aufgabe ist durch ein Verfahren zum Kaltwalzen von metallischem Band, bei dem das kaltzuwalzende Band durch einen zwischen zwei Arbeitswalzen eines Walzgerüstes gebildeten Walzspalt geleitet wird, dessen Ausbildung mittels auf die jeweilige Arbeitswalze ausgeübten Biegekräften geregelt wird, wobei jeder Arbeitswalze eine Zwischenwalze zugeordnet ist, die die betreffende Arbeitswalze abstützt und auf die ebenfalls Biegekräfte aufgebracht werden, erfindungsgemäß dadurch gelöst worden,

– dass die auf die Arbeitswalzen aufzubringenden Biegekräfte F_BAW in Abhängigkeit eines material-, anlagen- und technologieabhängigen Biegewerts F_bAW vorgegeben werden, der gemäß Gleichung 1 bestimmt wird und
– dass die auf die Zwischenwalzen aufzubringenden Biegekräfte F_BZW gemäß Gleichung 2 bestimmt werden.

Die Zwischenbiegekräfte können je nach der Größe eines Biegerichtungsfaktors K_ZR, der abhängig ist von der Bandbreite, der Stichabnahme und der Walzkraft positive oder negative Werte einnehmen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Zielsetzung eines reduzierten Niveaus der inneren Spannungen durch eine verbesserte Regelung der Arbeitswalzen- und Zwischenwalzenbiegekräfte möglich ist, wenn die Biegekräfte auf Basis von definierten Biegewerten errechnet werden, welche geometrie-, material- und anlagenspezifisch sowie durch die Technologie bedingt sind.
Gemäß der Erfindung werden die jeweils einzustellenden Arbeitswalzen- und Zwischenwalzenbiegekräfte unter Berücksichtigung einer material-, technologie- und anlagenabhängigen Größe, dem so genannten "Biegewert", vorgegeben. Die einmalige Ermittlung des den jeweiligen Biegewert bestimmenden Zusammenhangs erfolgt basierend auf den von der Beigekraftregelung eines Walzgerüstes in einer größeren Zahl von Walzungen aufgegebenen Biegekräften. Aus diesen werden diejenigen ausgewählt, die zu Walzergebnissen mit akzeptablen bis optimalen Teillängungsunterschieden geführt haben. Der Toleranzbereich der so empirisch für die Arbeitswalzen und die Zwischenwalzen ermittelten Biegewertekurven wird durch die Grenze zwischen den noch akzeptablen und den nicht mehr akzeptablen Teillängungsunterschieden bestimmt.
Gleichung (1) beschreibt die sich ergebende Biegewertelinie für die Arbeitswalze. Der in Gleichung (1) enthaltene Werkstofffaktor f liegt dabei typischerweise im Bereich von 0,5–1,5, wobei für nicht kornorientierte Elektrobleche ein Bereich von 0,9–1,1 praxisgerecht ist. Entsprechend liegen die Einflussfaktoren K_AW im Bereich von 0,9–1,1, wobei hier Werte im Bereich von 0,95–1,05 praxisgerecht sind. Der Korrekturwert K_S für den Bandkantenüberstand liegt ebenfalls im Bereich von 0,95–1,05, wobei hier Werte von 0,98–1,02 besonders praxisgerecht sind. Der Einflussfaktor K_ZW kann im Bereich von 0,85–1,3 liegen, wobei sich hier in der Praxis für typische Sexto-Walzgerüste Werte von 0,9–1,15 ergeben. Es hat sich gezeigt, dass das Niveau der inneren Spannungen mit zunehmenden Abweichungen der eingestellten Biegekräfte von den erfindungsgemäß errechneten Biegekräften als Funktion der Biegewerte zunimmt. Mit der Einstellung der Biegekräfte F_BAW,F_BZW von Arbeitswalze und Zwischenwalze gemäß der erfindungsgemäß gegebenen funktionalen Abhängigkeit von den Biegewerten in einem Regelfenster, das den Bereich der zulässigen Abweichungen von ±15 kN des jeweils erfindungsgemäß bestimmten ermittelten Biegewerts abdeckt (Arbeitswalzenbiegekraft F_ZAW ±15 kN, positive Zwischenwalzenbiegekraft F_BZW ±15 kN, negative Zwischenwalzenbiegekraft F_BZW ±15 kN), ist damit der Weg zur Reduzierung des Niveaus der inneren Spannungen gegeben.
Durch die Einbeziehung des erfindungsgemäß ermittelten Biegewertes in die Ermittlung der beim Walzen auf die Arbeits- und Zwischenwalzen aufgebrachten Biegekräfte lassen sich bei geringem Rechen- und dementsprechend minimierten Regel- und Steuerungsaufwand die quer zur Bandrichtung des auslaufenden Bandes beim Walzen von metallischen Bändern messbaren Teillängungsunterschiede Δl/l (in μm/m) auf ein Minimum (≤ 80 μm/m) reduzieren, so dass ein Band mit optimaler Planheit erhalten wird. Allgemein gelten für Kaltband im Hinblick auf die verfahrensbedingte Beeinflussung der Planheit durch den Formgebungsprozess Teillängungsunterschiede Δl/l ≤ 80 μm/m als ideal. Der Bereich von 80 μm/m ≤ Δl/l ≤ 120 μm/m ist für die meisten Flachprodukte im Hinblick auf die Produktqualität noch akzeptabel und wird daher als Bereich mittlerer Qualität für die Teillängungsunterschiede angenommen, der noch als "Gut" zu bewerten ist. Werte für Δl/l > 120 μm/m dagegen sind in aller Regel inakzeptabel, da dadurch die Bandplanheit zu negativ beeinflusst wird. Der Banddickenbereich, innerhalb dessen die Erfindung typischerweise angewendet werden kann, erstreckt sich dabei von einer Ausgangsdicke von 3 mm bis zu einer Enddicke von 0,20 mm. Der bei der erfindungsgemäßen Bestimmung der Biegewerte jeweils angewendete Werkstofffaktor f_W ist legierungsspezifisch und wird einmalig empirisch für die jeweils verarbeitete Stahlsorte anlagenbezogen ermittelt. Dazu werden entweder Messungen bei praktischen Walzversuchen durchgeführt oder es kommt ein geeignetes Walzkraftberechnungsmodel zur Anwendung.
Für typische FeSi-Legierungen liegt der Werkstofffaktor f_W im Bereich von 0,85–1,16, insbesondere 0,9–1,1. Im Falle der FeSi-Legierungen steigt er beispielsweise mit dem Si-Gehalt nahezu linear an. Beispielhaft sind in Tabelle 1 für konventionell legierte Stähle S1–S6 die Werkstofffaktoren f_W angegeben.
Die Faktoren K_AW (Einflussfaktor für den Arbeitswalzendurchmesser), K_ZW (Einflussfaktor für den Zwischenwalzendurchmesser) und K_S (Korrekturwert des Bandkantenüberstands der Zwischenwalze) sind ebenso anlagenspezifisch und einmalig zu ermitteln.
Der Einfluss, den der Durchmesser auf die Biegung der Arbeitswalzen hat, wird durch den Einflussfaktor K_AW berücksichtigt. Dieser liegt typischerweise bei 0,92–1,023, insbesondere 0,950–1,020, und wird ebenfalls empirisch ermittelt. Für üblicherweise in der Praxis eingesetzte Arbeitswalzendurchmesser kann die in Tabelle 2 angegebene Zuordnung typischer Arbeitswalzendurchmesser D_AW zu den jeweiligen Einflussfaktoren K_AW vorgenommen werden.
Dementsprechend wird der Einfluss des Durchmessers der Zwischenwalzen auf ihre Biegung durch einen Einflussfaktor K_ZW berücksichtigt, der ebenfalls empirisch ermittelt wird. Typischerweise liegt er im Bereich von 0,985–1,16, insbesondere 0,990–1,140. Für üblicherweise in der Praxis eingesetzte Zwischenwalzendurchmesser D_ZW kann bei bestimmten Stützwalzendurchmessern D_SW die in Tabelle 3 angegebene Zuordnung vorgenommen werden.
Mit dem typischerweise im Bereich von 0,97–1,014, insbesondere 0,988–1,012, liegenden Korrekturwert K_S fließt schließlich der Einfluss des Bandkantenüberstandes der Zwischenwalze auf die Biegung von Arbeits- und Zwischenwalze in die erfindungsgemäße Bestimmung des Biegewertes ein. Auch der Korrekturwert K_S wird durch Versuche ermittelt. Für üblicherweise in der Praxis auftretende Kantenüberstände s kann dabei die in Tabelle 4 angegebene Zuordnung vorgenommen werden.
Es konnte für eine Vielzahl von Legierungen bei unterschiedlichen Banddicken und Bandbreiten sowie verschiedenen Abnahmen durch Messung der Arbeitswalzen- und Zwischenwalzenbiegekräfte F_BAW, F_BZW sowie Teillängungsunterschiede ΔL/L in μm/m über die Bandlänge in jedem Stich nachgewiesen werden, dass sich ein optimaler Arbeitsbereich für die Arbeitswalzen- und Zwischenwalzenbiegekräfte oberhalb und unterhalb folgender Funktionen ergibt:

– Arbeitswalzenbiegekraft F_BAW in Abhängigkeit vom erfindungsgemäß ermittelten Arbeitswalzenbiegewert F_bAW
– positive bzw. negative Zwischenwalzenbiegekraft F_BZW in Abhängigkeit vom erfindungsgemäß ermittelten Zwischenwalzenbiegewert F_bZW je nach Größe des Biegerichtungsfaktors K_ZR.

Der Bereich "ober- und unterhalb der jeweiligen Funktion" fällt in diesem Zusammenhang mit dem oben beschriebenen "Regelfenster" erfindungsgemäß zusammen und bedeutet, dass innerhalb eines zulässigen Toleranzbereiches nicht geregelt werden sollte, um so einen stabileren Prozesszustand zu gewährleisten, in dem nicht bereits bei kleinsten Abweichungen in die Prozesssteuerung eingegriffen wird.
Die Beschränkung der Arbeitswalzen- und Zwischenwalzenbiegekräfte F_BZW auf dieses Regelfenster oberhalb und unterhalb der oben genannten Funktionen garantiert minimale Teillängungsunterschiede ΔL/L < 220 μm/m.
Die Arbeitswalzenbiegekraft F_BAW errechnet sich dabei aus dem Biegewert für die Arbeitswalze F_bAW gemäß Gleichung 3. Dabei kann bei Biegewerten F_bAW > 460 bei Bedarf mit dem Biegewert F_bAW = 460 gerechnet werden bzw. die sich aus der Formel ergebende Kurve mit dem letzten Anstieg weiter linear extrapoliert werden.
Die positive Zwischenwalzenbiegung F_BZW errechnet sich in entsprechender Weise aus dem Biegewert für die Zwischenwalze F_ZW gemäß Gleichung 4. Dabei kann auch hier bei Bedarf bei Biegewerten F_bZW > 440 mit dem Biegewert F_bZW = 440 gerechnet werden bzw. die sich aus der Formel ergebende Kurve mit dem letzten Anstieg weiter linear extrapoliert werden.
Die negative Zwischenwalzenbiegung F_BZW lässt sich dann aus dem Biegewert für die Zwischenwalze F_bZW gemäß Gleichung 5 bestimmen. Bei Bedarf kann bei Biegewerten F_bZW < 100 auch hier mit dem Biegewert F_bZW = 100 gerechnet und bei Biegewerten F_bZW > 440 mit dem Biegewert F_bZW = 440 gerechnet bzw. die Kurve entsprechend linear extrapoliert werden.
Speziell für die Zwischenwalzenbiegung an einem Sexto-Walzengerüst lässt sich die Entscheidung für negative oder positive Biegekräfte in Abhängigkeit von der Bandbreite der jeweiligen Stichabnahme und der daraus resultierenden Walzkräfte treffen. Die Entscheidung, ob die Zwischenwalzenbiegekraft F_BZW positiv oder negativ aufgebracht wird, wird dementsprechend anhand des gemäß Gleichung 6 bestimmten Biegerichtungsfaktors K_ZR getroffen. Ist K_ZR < 0, so ist eine negative Zwischenwalzenbiegung zu wählen. Bei K_ZR ≥ 0 wird eine positive Zwischenwalzenbiegung gewählt.
Der erfindungsgemäß vorgegebene Zusammenhang zwischen den berechneten walzkraftabhängigen Arbeitswalzen- und Zwischenwalzenbiegewerten, den Arbeitswalzen- und Zwischenwalzenbiegekräften und den Teillängungsunterschieden gilt dabei sowohl für unsilizierte als auch für silizierte Legierungen bei Berücksichtigung des Werkstofffaktors.
Bei der praktischen Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Kaltwalzen wird das kaltzuwalzende metallische Band typischerweise von einer einlaufseitigen Haspel abgewickelt und durchläuft dann den zwischen zwei Arbeitswalzen eines Walzgerüstes gebildeten, mittels einer Walzspaltregelung eingestellten Walzspalt, um dann von einer auslaufseitigen Haspeleinrichtung aufgewickelt zu werden. Dabei lässt sich mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise nicht nur eine Optimierung der Planheit bei einem einzelnen Walzgerüst erreichen, sondern die Erfindung führt auch bei einer mehr als ein Walzgerüst umfassenden Tandemstraße zu einem entsprechend optimierten Arbeitsergebnis.
Die Entscheidung für negative oder positive Biegekräfte für die Zwischenwalzenbiegung an Walzgerüsten des Quarto- oder Sexto-Typs lässt sich in der oben erläuterten Weise in Abhängigkeit von der Bandbreite, der jeweiligen Stichabnahme und der resultierenden Höhe der Walzkräfte treffen. Hierbei wird vorteilhaft bei einer weniger als 1020 mm betragenden Breite des zu walzenden Bandes, moderaten Werten der Stichabnahme ε von weniger als 0,28 und niedrigen Walzkräften von weniger als 8200 kN eine negative Biegung gewählt. Hingegen wird vorteilhaft eine positive Biegung gewählt, wenn die Bandbreite, der Wert von ε und die Vereilung groß sind, weil bei positiver Biegung die Bandmitte, bei negativer Biegung der Bandkantenbereich besser beeinflusst werden kann.
Die auf erfindungsgemäße Weise berechneten Werte für die Arbeitswalzen- und Zwischenwalzenbiegung bei gegebener Legierung und gegebenen Werten von ε pro Stich gestatten günstige Vorgabewerte (Presetting) für jeden Walzstich. Auf diese Weise lässt sich gewährleisten, dass die durch Messungen mit einer Planheitsmessrolle am Walzgerüstauslauf ermittelten Ist-Werte der über die Bandbreite im Bandverlauf gemessenen Teillängenunterschiede ΔL/L im Bereich der jeweils vorgegebenen Sollwerte (ΔL/L) liegen. Die bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise allenfalls noch auftretende kleine Regelabweichung kann schnell ausgeregelt werden, so dass diese Abweichung als online Regelgröße genutzt werden kann.
Unzulässig hohe Werte für die Biegekräfte gegenüber den Vorgabewerten können so ebenso schnell online korrigiert werden, indem Biegekräftekorrekturen an die Walzspaltregelung gegeben werden. Zudem ist die Korrektur des Biegewertes durch Berücksichtigung des aktuellen Arbeitswalzendurchmessers und des Bandkantenüberstandes exakt und in kürzester Zeit möglich.
Die durch eine Planheitsmesseinrichtung, bei der es sich beispielsweise um eine Planheitsmessrolle handeln kann, quer zur Bandrichtung des auslaufenden Bandes online ermittelten Teillängungsunterschiede Δl/l (in μm/m) können mit einem Sollwert verglichen werden, um aus dieser Messung die jeweilige Planheit des verarbeiteten Bandes zu bestimmen. Die Abweichung des jeweils gemessenen Teillängungsunterschieds Δl/l vom Sollwert kann dann als Regelgröße (Sollwert für die Walzenbiegung) bei der Regelung der Walzenbiegekräfte dienen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung durchläuft das Band aufeinander folgend mindestens zwei Walzgerüste, wobei die Walzenumfangsgeschwindigkeiten der Walzgerüste korrigiert werden. Diese Korrektur der Walzenumfangsgeschwindigkeiten kann dabei für eine Tandemstraße, bei der mehrere Gerüste im Eingriff sind, bei Walzspaltkorrekturen entsprechend der Kontinuitätsbeziehung gemäß Gleichung 7 durchgeführt werden. Wenn also im ersten Walzgerüst der Walzspalt durch Zustellungsänderung oder Walzenbiegung etc. geändert wird, muss diese "Höhenänderung" von h₁ im zweiten Gerüst mit berücksichtigt werden und entsprechend die Höhe des Walzspaltes und/oder die Geschwindigkeit im zweiten Gerüst angepasst werden. Dies gilt für alle Gerüste. Die Größe "Z_B" ist eine minimale sortimentsabhängige Geschwindigkeitserhöhung von bis zu einigen Prozenten verursacht durch den Längszug und die Voreilung. Es empfiehlt sich daher eine präzise Geschwindigkeitsbestimmung in jedem Gerüst.
Zum Nachweis der Wirkungsweise der Erfindung ist in einem ersten Versuch ein aus dem oben bereits angegebenen, neben Fe und üblichen Verunreinigungen als Legierungselemente (in Gew.-%) < 0,01 % C, 0,1–0,2 % Si, 0,08–0,12 % Al und 0,3–0,5 % Mn als wesentliche Bestandteile enthaltenden handelsüblichen Stahl S2 erzeugtes Stahlband mit einer Warmbanddicke von 3 mm in drei Stichen auf eine Dicke von 0,65 mm kaltgewalzt worden.
Beim hier beispielhaft betrachteten zweiten Walzstich (Stich-Nr.: 2) betrug die Anstichdicke h₀ 1,26 mm und die Breite b des Bands 1250 mm. Nach dem zweiten Walzstich hatte das Band eine Ausgangsdicke h₁ von 0,82 mm. Die Banddickenabnahme ε lag beim hier betrachteten zweiten Walzstich dementsprechend bei 0,349.
Der Bandkantenüberstand s betrug 70,0 mm bei einem Durchmesser D_Awo der oberen Arbeitswalze von 294,3, einem Durchmesser D_Awu der unteren Arbeitswalze von 311,11 mm, einem Durchmesser D_ZWo der oberen Zwischenwalze von 503,3 und einem Durchmesser D_ZWu der unteren Zwischenwalze von 477,1 mm. Der zugehörige Werkstofffaktor f_W lag gemäß Tabelle 1 bei 0,90, während der zugehörige mittlere Korrekturfaktor K_AW 1,003, der zugehörige mittlere Korrekturfaktor K_ZW 1,0745 und der Tabelle 4 entnommene Korrekturwert K_S 0,997 betrugen.
Unter Anwendung von Gleichung 1 ergab sich für die Arbeitswalzen ein Biegewert F_bAW von 277,5. Der korrespondierende, unter Zugrundelegung der Gleichung 2 ermittelte Biegewert F_bZW für die Zwischenwalzen lag bei 298,2.
Aus diesen Werten ist bei einem Regelfenster von ± 15 kN gemäß Gleichung 3 ein Bereich ΔF_BAW der auf die Arbeitswalzen aufgebrachten Biegekräfte F_BAW ermittelt worden, der bei 380–410 kN lag. Die tatsächlich gemessene Arbeitswalzenbiegekraft F_BAWtat betrug 392 kN.
Die gemessene Walzkraft F_WALZ lag bei 8856 kN. Daraus ergab sich gemäß Gleichung 4 der Biegerichtungsfaktor K_ZR zu +0,017. Dementsprechend ist die Biegekraft F_BZW in positiver Richtung aufgebracht worden.
Unter Anwendung von Gleichung 4 ist daher der Bereich ΔF_BZW der aufzubringenden positiven Zwischenwalzenbiegekraft F_BZW bei einem Regelfenster von ± 15 kN zu +340– +370 bestimmt worden. Die tatsächlich gemessene Zwischenwalzenbiegekraft F_BZWtat betrug 353 kN.
Bei dieser Einstellung der Biegekräfte lag der am Bandauslauf über die Bandbreite im Bandverlauf gemessene Teillängenunterschied ΔL/L bei 100 μm/m, was einer sehr guten Bandebenheit entspricht. Das IUnit hatte einen Wert von 10 (IUnit = 1J = Δl/l·10⁵ = 10 μm/m). Die Spannungsdifferenz Δσ über die Bandbreite betrug 20,6 N/mm². Das gemäß Beispiel 1 erhaltene Band wies dementsprechend eine sehr gute Bandebenheit auf.
In der für das Beispiel 1 voranstehend ausführlich beschriebenen Weise sind auf Grundlage der Stähle S4 (Beispiel 2) und S2 (Beispiel 3) auf erfindungsgemäße Weise weitere Kaltbänder erzeugt worden. Die für den jeweiligen Walzstich (Stich-Nr.) gewählten Betriebsparameter und erhaltenen Eigenschaften sind in Tabelle 5 zusammengefasst. Auch die in den Versuchen 2 und 3 erhaltenen Bänder wiesen nach dem Durchlauf der Bandspitze erfolgenden Eingreifen der erfindungsgemäßen Regelung eine Verbesserung der Bandebenheit von 320 μm/m auf 190 μm/m im Beispiel 2 und von 260 μm/m auf 210 μm/m im Beispiel 3 auf. In beiden Beispielen wird die Arbeitswalzenbiegekraft F_BAW und die Zwischenwalzenbiegekraft F_BZW gemäß der erfindungsgemäßen Vorschrift in einen günstigeren Bereich hinein geregelt.
In einem vierten Versuch ist ein aus dem Stahl S4 erzeugtes Stahlband in fünf Stichen unter Anwendung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise warmgewalzt worden. Die dabei für die Stich-Nummern 1, 3 und 5 vorgegebenen Betriebsparameter und ermittelten Eigenschaften sind in nachfolgenden Tabelle 6 wiedergegeben. Dieser Versuch ergab eine zu erwartende Verschlechterung der Bandebenheit mit steigender Stich-Nummer in Folge der zunehmenden Abweichung der Biegekräfte vom erfindungsgemäß ermittelten Bereich.
Insgesamt belegen die Ergebnisse der Versuche jedoch, dass durch Vergleich der Biegekräfte an einem Warmband der Chargeneinfluss und der Einfluss unterschiedlicher Warmbandeigenschaften auf die Biegekräfte eliminiert werden können.
Gleichung 1:

FbAW = fW·b2·ε1 ' 5·[0,55·h0 + 0,4·h1]·KAW·KS·10–3 mit FbAW = Biegewert für die Arbeitswalze,

f_W

= Werkstofffaktor,

b

Breite des jeweils verarbeiteten Bandes in mm,

h₀

= Eingangsbanddicke in mm,

h₁

= Ausgangsbanddicke in mm,

ε

= Bezogene Dickenabnahme pro Walzstich

K_AW

= Einflussfaktor für den Arbeitswalzendurchmesser,

K_S

= Korrekturwert des Bandkantenüberstandes.

Gleichung 2:

FbZW = FbAW·KZW mit

F_bZW

= Biegewert für die Zwischenwalze,

F_bAW

= Biegewert für die Arbeitswalze,

K_ZW

= Einflussfaktor für den Zwischenwalzendurchmesser.

Gleichung 3:

FBAW = A + B (FbAW/100) + C·FbAW/100)2 + D·(FbAW/100)3 + E·(FbAw/100)4 wobei die Faktoren A, B, C, D, E in Abhängigkeit von der Größe des Biegewerts für die Arbeitswalze F_bAW wie folgt bestimmt sind:

Biegewert F_bAW	A	B	C	D	E
25–225	–8,178	+600,155	–626,84	+277,938	–41,426
> 225–460	+9242,4	–11568,4	+5328,98	–1034,16	+72,67

Gleichung 4:

FBZW = A + B·(FbZW/100) + C·(FbZW/100)2 + D·(FbZW/100)3 + E·(FbZW/100)4 wobei die Faktoren A, B, C, D, E in Abhängigkeit von der Größe des Biegewerts für die Zwischenwalze F_bZW wie folgt bestimmt sind:

Biegewert F_bZW	A	B	C	D	E
25–225	+43,974	+75,43	–69,23	+6,289	+9,601
> 225–440	–4043,47	+4832,41	–2024,38	+373,66	–25,61

Gleichung 5:

FBZW = –(A + B·(FbzW/100) + C·(FbZW/100)2 + D(FbZW/100)3 + E·(FbZW/100)4)wobei die Faktoren A, B, C, D, E in Abhängigkeit von der Größe des Biegewerts für die Zwischenwalze F_bZW wie folgt bestimmt sind:

Biegewert F_bZW	A	B	C	D	E
100–225	–27,326	+414,28	–464,09	+232,00	–38,98
> 225–440	–249,64	+1018,31	–819,49	+262,32	–26,51

Gleichung 6:

KZR = 0,02·(b – 1220) + 25·(ε – 0,36) + 0,0002·(FWALZ – 104000)mit

b

= Breite des jeweils verarbeiteten Bands,

ε

= Stichabnahme und

^FWalz

= Walzkraft.

Gleichung 7:

mit

v₁

= Walzgeschwindigkeit des in Bandlaufrichtung ersten Gerüstes;

v₂

= Walzgeschwindigkeit des in Bandlaufrichtung zweiten Gerüstes;

h₁

= Auslaufhöhe des Walzspalts des ersten Gerüsts;

h₂

= Auslaufhöhe des Walzspalts des zweiten Gerüsts;

Z_B

= Faktor für die Geschwindigkeitserhöhung Δv durch Bandzug und Voreilung > 1 zwischen den Gerüsten.

Stahl	Hauptbestandteile neben Fe (in Gew.-%)				Werkstofffaktor fw
	C	Si	Al	Mn
S1	0,100	0,015	0,015	1,000	0,92
S2	<0,01	0,10–0,20	0,08–0,12	0,30–0,50	0,90
S3	< 0,015	1,20–1,40	0,10–0,15	0,15–0,25	1,00
S4	< 0,015	1,70–1,90	0,30–0,40	0,15–0,30	1,04
S5	< 0,003	2,30–2,50	0,30–0,40	0,15–0,30	1,06
S6	< 0,045	3,20–3,40	0,85–1,05	< 0,15	1,10

Tabelle 1

Arbeitswalzendurchmesser D_AW ^[ ^mm ^]	Einflussfaktor K_AW
279–284	1,0200
> 284–289	1,0150
> 289–294	1,0120
> 294–299	1,0060
> 299–304	1,0020
> 304–309	1,0000
> 309–314	0,9950
> 314–319	0,9900
> 319–324	0,9850
> 324–329	0,9800
> 329–334	0,9730
> 334–339	0,968
> 339–344	0,9650
> 344–349	0,9600
> 349–354	0,9550
> 354–359	0,9500

Tabelle 2

Zwischenwalzendurchmesser D_ZW [mm]	Stützwalzendurchmesser D_SW [mm]	Einflussfaktor K_ZW
473,20	1404,80	1,130
481,20	1390,10	1,125
487,55	1380,75	1,120
492,00	1388,00	1,060
498,00	1394,40	1,000
499,42	1394,40	0,998
501,90	1371,40	0,997
504,20	1394,40	0,922

Tabelle 3

Kantenüberstand s [mm]	Korrekturwert K_S
50–55	0,988
> 55–60	0,991
> 60–65	0,994
> 65–70	0,997
> 70–75	1,000
> 75–80	1,003
> 80–85	1,006
> 85–90	1,009
> 90–95	1,012

Tabelle 4

Beispiel	2	3
Stahl	S4	S2
Warmbanddicke [mm]	3	3
Kaltbandenddicke [mm]	0,65	0,65
Stichzahl	5	3
Stich-Nr.	2	2
Anstichdicke h₀ [mm]	2,34	1,26
Ausgangsdicke h₁ [mm]	1,78	0,82
Banddickenabnahme ε	0,239	0,349
Bandbreite b [mm]	1200	1250
s links [mm]	70	70
s rechts [mm]	70	70
D_WAo [mm]	299,3	394,3
D_Wau [mm]	307,4	317,5
D_WZo [mm]	501,9	504,2
D_Wzu [mm]	473,2	492,6
f_W	1,04	0,90
K_AW *)	1,001	0,986
K_ZW *)	1,0125	1,000
K_S	0,997	0,997
F_bAW	325,9	272,3
F_bZW	330	272,3
ΔF_BAW [kN]	515–545	360–390
Regelfenster für ΔF_BAW [kN]	± 15	± 15
F_BAWtat Bandspitze [kN]	300	300
F_BAWtat Bandende [kN]	517	373
F_W [kN]	9262	9184
K_ZR	–3,647	+0,082
ΔF_BAW [kN]	–235– –265	+285– +315
Regelfenster für ΔF_BAW [kN]	± 15	± 15
F_BAWtat Bandspitze [kN]	–164	+376
F_BZWtat Bandende [kN]	–246	+300
ΔL/L Bandspitze [μm/m]	320	260
ΔL/L Bandende [μm/m]	190	210
IUnit Bandspitze	32	26
IUnit Bandsende	19	21
Δσ Bandspitze [N/mm²]	65,92	53,5
Δσ Bandende [N/mm²]	39,14	43,2

Tabelle 5

*) Die Abweichungen zu den Tabellenwerten ergeben sich durch Mittelung aufgrund unterschiedlicher Durchmesser der Arbeits- und Zwischenwalzen

Beispiel	4
Stahl	S4
Warmbanddicke [mm]	3
Kaltbandenddicke [mm]	0,65
Stichzahl	5
^DWAo [mm]	299,3
D_Wau [mm]	307,4
D_WZo [mm]	501,9
D_WZu [mm]	473,2
f_W	1,04
K_AW	1,001
K_ZW	1,0635
Stich-Nr.	1	3	5
Anstichdicke h₀ [mm]	3	1,78	0,93
Ausgangsdicke h₁ [mm]	2,34	1,31	0,65
Banddickenabnahme ε	0,22	0,264	0,301
Bandbreite b [mm]	1200	1200	1200
s links [mm]	70	80	80
s rechts [mm]	70	80	80
K_S	0,997	1,003	1,003
F_bAW	374,9	285,2	179,4
F_bZW	398,7	303,3	190,8
ΔF_BAW [kN]	620–650	400–430	210–240
Regelfenster für ΔF_BAW [kN]	± 15	± 15	± 15
F_BAWtat [kN]	650	300	300
F_W [kN]	9996	9795	8940
K_ZR	–3,98	–2,92	–2,167
ΔF_BAW [kN]	–240– –270	–230– –260	–105– –135
Regelfenster für ΔF_BAW [kN]	± 15	± 15	± 15
F_BZWtat [kN]	–249	–250	–243
ΔL/L [μm/m]	110	350	580
IUnit	11	35	58
Δσ [N/mm²]	26	72,1	119,4

Claims

Verfahren zum Kaltwalzen von metallischem Band, bei dem das kaltzuwalzende Band durch einen zwischen zwei Arbeitswalzen eines Walzgerüstes gebildeten Walzspalt geleitet wird, dessen Ausbildung mittels auf die jeweilige Arbeitswalze ausgeübten Biegekräfte geregelt wird, wobei jeder Arbeitswalze eine Zwischenwalze zugeordnet ist, die die betreffende Arbeitswalze abstützt und auf die ebenfalls Biegekräfte aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Arbeitswalzen aufzubringenden Biegekräfte in Abhängigkeit eines material-, anlagen- und technologieabhängigen Biegewerts F_bAW vorgegeben werden, der wie folgt bestimmt wird: FbAw = fW·b2·ε1,5·[0,5·h0 + 0,4·h1]·KAW·KS·10–3 und dass die auf die Zwischenwalzen aufzubringenden Biegekräfte in Abhängigkeit eines material-, anlagen- und technologieabhängigen Biegewerts F_bZW vorgegeben wird, der wie folgt bestimmt werden: FbZW = FbAW·KZW mit f_W = Werkstofffaktor, b = Breite des jeweils verarbeiteten Bandes in mm, h₀ = Eingangsbanddicke in mm, h₁ = Ausgangsbanddicke in mm, ε = Bezogene Dickenabnahme pro Walzstich
K_AW = Einflussfaktor für den Arbeitswalzendurchmesser, K_ZW = Einflussfaktor für den Zwischenwalzendurchmesser, K_S = Korrekturwert des Bandkantenüberstandes der Zwischenwalze).
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Walzgerüst vom Quarto- oder Sexto-Typ ist und dass die Entscheidung für negative oder positive Biegekräfte der Zwischenwalzen in Abhängigkeit von der Breite des jeweils verarbeiteten Bandes, der jeweiligen Stichabnahmen und der daraus resultierenden Höhe der Walzkräfte gemäß einem Biegerichtungsfaktor K_ZR getroffen wird, der wie folgt bestimmt wird: KZR = 0,02·(b – 1220) + 25·(ε – 0,36) + 0,0002·(FWALZ – 104000)mit b = Breite des jeweils verarbeiteten Bands, ε = Stichabnahme, F_Walz = Walzkraft, wobei bei Werten von K_ZR < 0 eine negative Zwischenwalzenbiegung und bei Werten von K_ZR ≥ 0 eine positive Zwischenwalzenbiegung gewählt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Planheitsmesseinrichtung die Teillängungsunterschiede Δl/l (in μm/m) quer zur Bandrichtung des auslaufenden Bandes online ermittelt werden und die Abweichungen von einem Sollwert als Regelgröße für die Walzenbiegung bei der Regelung der Walzenbiegekräfte dienen.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Band mindestens zwei Walzgerüste aufeinander folgend durchläuft und dass die Walzenumfangsgeschwindigkeiten korrigiert werden.