DE102017220750A1

DE102017220750A1 - Vorrichtung zur Steuerung eines Streckreduzierwalzwerks

Info

Publication number: DE102017220750A1
Application number: DE102017220750.7A
Authority: DE
Inventors: Alexander Gohr
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2019-05-23
Also published as: RU2748571C1; US11602779B2; ES2934481T3; EP3713686B1; WO2019101727A1; CN111372694A; MX2020005173A; EP3713686A1; US20200391263A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Streckreduzierwalzwerks, wobei Rohrenden von gestreckten Rohren durch die Steuerung von einem oder mehreren Motoren des Streckreduzierwalzwerks (1) optimiert werden, umfassend mindestens eine auslaufseitige Wanddickenmessung und eine automatische Anpassung der Größe einer Drehzahländerung der Motoren an das Rohrwanddickenprofil, wobei auch der zeitliche Verlauf der Drehzahländerungen einzelner oder aller Motoren aufgrund der Rohrwanddickenmesswerte automatisch angepasst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Streckreduzierwalzwerks nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Beim Streckreduzieren von Rohren kommt es prozessbedingt zu einer Verdickung oder Anstauchung der Rohrwanddicke an den Rohrenden im Vergleich zum Mittelteil der Rohre. Dies liegt daran, dass am vorderen oder hinteren Rohrende infolge der in Förderrichtung vorlaufend oder nachlaufend fehlenden im Eingriff am Walzgut befindlichen Walzgerüste der im Rohrmittelteil ansonsten erzielte Walzlängszug nicht erreicht wird. Die deswegen über die zulässige Wanddickentoleranz verdickten Rohrabschnitte sind Ausbringensverlust und müssen abgeschnitten werden.
Zusätzlich können, insbesondere bei Streckreduzierwalzwerken in Nahtlosrohranlagen, die eingesetzten Mutterrohre oder Luppen angestauchte Wanddicken an den Enden, z.B. infolge von Werkzeugverschleiß in den Voraggregaten, haben. Diese Anstauchungen der Mutterrohre bewirken eine zusätzliche Verdickung der Fertigrohrenden.
Es wurden unterschiedliche Verfahren zur Verringerung der Endenverluste ersonnen. Praktische und weitverbreitete Bedeutung hat die Endenverluststeuerung durch dynamische Veränderung der Motor- bzw. Walzendrehzahlen während des Durchlaufs der Rohrenden durch das Walzwerk erreicht. Dabei wird das Drehzahlverhältnis zwischen den dem Rohrende nächstliegenden Walzkalibern vergrößert und somit ein erhöhter Walzzug aufgebracht.
Derartige Systeme sind grundsätzlich seit langem bekannt, beispielsweise durch die DE 1 602 181 A oder die DE 1 962 792 A .
Es wurden zahlreiche Ausführungsformen vorgeschlagen, beispielsweise durch die DE 25 57 707 A1 , die DE 198 40 864 A1 , die DE 26 45 497 A1 oder die DE 30 28 211 A1 . Alle diese Quellen gehen aber nicht auf die Problematik der konkreten Einstellung der Drehzahlveränderung ein.
Die besondere Herausforderung liegt einerseits darin, die erwähnten Drehzahlveränderungen rechtzeitig herbeizuführen, da ansonsten diese keine Wirkung auf die Endenverdickung haben. Andererseits müssen die Stärke der Drehzahländerung und der Übergang zu den stationären Drehzahlen genau abgestimmt sein, da andernfalls die den Rohrenden benachbarten Abschnitte unzulässige Unterschreitungen der Sollwanddicke aufweisen können. Die Situation wird weiter durch den Umstand erschwert, dass die Drehzahlkurven von bis zu 32 Antriebsmotoren einzustellen sind. Es gelingt nicht, theoretische Drehzahlverläufe im vorab zu bestimmen, die ohne weitere Anpassung eine bestmögliche Verkürzung der verdickten Enden erreichen. Für die Bedienmannschaften ist jedoch die manuelle Einstellung der Drehzahlverläufe ein schwieriges und zeitaufwendiges Vorgehen.
Dieses Problem ist seit langem bekannt und hat zu weiteren Vorschlägen zwecks möglicher Automatisierung geführt. Beispielsweise lehrt schon die erwähnte DE 1 962 792 A1 die Anwendung einer Ansticherkennung einerseits durch Sensoren vor dem SRW und andererseits durch Erkennung der Motordrehzahländerung infolge des Lastwechsels beim Eintritt oder Austritt des Rohres aus einem Walzkaliber. Damit kann die Position der Rohrenden besser verfolgt und eine teilweise automatische Adaption der Steuerungsparameter erreicht werden. Diese Form der Rohrverfolgung im SRW ist aber nicht geeignet für Walzwerke, in denen Gruppen von Walzkalibern über gemeinsame Motoren angetrieben werden. Auch hat die Entwicklung der modernen, frequenzgesteuerten Asynchronmotoren dazu geführt, dass die Drehzahleinbrüche infolge eines Lastwechsels minimal sind und von einer Rohrendensteuerung kaum noch zu erkennen sind.
Vorgeschlagen wurden auch Lösungen, bei denen zusätzliche Senoren, beispielsweise Lichtschranken oder Fotozellen innerhalb des SRWs die Erkennung der aktuellen Position des vorderen oder hinteren Rohrendes übernehmen sollen und somit den Einsatz der Drehzahlsteuerung auslösen. Bedingt jedoch durch die im SRW unvermeidlichen und nachteiligen Umwelteinflüsse, wie Sprühwasser, Dampf oder Staub. sind derartige Systeme nicht nachhaltig zuverlässig.
JP H07246414 A beschreibt eine automatische Anpassung der Motordrehzahlen anhand von Rohrmessdaten. Jedoch werden die Einsatzzeiten und die Dauer des Effektes nicht angepasst. Beides hat jedoch einen hohen Einfluss auf das Regelergebnis. Daneben wird der Einfluss des einlaufenden Rohres nicht berücksichtigt. Ebenso wird eine Zusammenfassung von mehreren Walzungen zum minimieren des Einflusses von Messfehlern bzw. Ausreißern nicht aufgeführt
Nachteilig im Stand der Technik ist es, dass die Walzwerksbediener im praktischen Betrieb meistens oder doch zumindest zu Anfang einer Walzkampagne Korrektureinstellungen an der CEC vornehmen müssen. Gegebenenfalls müssen z.B. infolge von Werkzeugverschleiß auch innerhalb einer Walzkampagne Anpassungen vorgenommen werden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung eines Streckreduzierwalzwerks anzugeben, bei dem ein Ausbringensverlust durch verdickte Rohrenden verringert ist.
Diese Aufgabe wird für ein eingangs genanntes Verfahren erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Anpassung der Drehzahlen während des Durchgangs eines Rohres kann eine besonders genaue Beeinflussung des resultierenden Verlaufs der Wanddicken im Bereich der Rohrenden erzielt werden.
In einem Automatikbetrieb überwacht und bewertet eine CEC selbständig die erzielten Wanddickenergebnisse an den Rohrenden und stellt für die folgenden Rohre jeweils die Stärke und den zeitlichen Ablauf der Drehzahländerung an den Rohrenden neu ein.
Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass die Walzwerksbediener entlastet werden. Optimale CEC-Einstellungen werden schneller gefunden und während einer Walzkampagne besser eingehalten.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der zeitliche Verlauf der Drehzahlen durch den Startzeitpunkt der Drehzahländerung und den Endpunkt der Drehzahländerung gekennzeichnet. Dabei kann besonders vorteilhaft vorgesehen sein, dass der zeitliche Verlauf durch Startzeitpunkt oder Endzeitpunkt und eine Änderungsrate gekennzeichnet ist.
Zur genaueren Optimierung kann es vorgesehen sein, dass die Bewertung des Wanddickenverlaufs an mindestens drei Abschnitten des Wanddickenprofils vorgenommen wird.
Allgemein vorteilhaft kann es vorgesehen sein, dass die Bewertung des Wanddickenverlaufs aus mehreren Zielgrößen vorgenommen wird.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Verfahren mit einem Wanddickenkontrollsystem zur automatischen Steuerung der Wanddicken außerhalb der verdickten Enden kombiniert ist.
Bei einer im Sinne der Erfindung bevorzugten Steuerung eines Streckreduzierwalzwerks können die Wanddickenverläufe an den Enden auf zyklische Muster untersucht werden, wobei solche Muster bei der Steuerung der Motoren mit berücksichtigt werden.
Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung kann eine Messung eines einlaufenden Luppenwanddickenprofils erfolgen, wobei die Größen und der zeitliche Verläufe der Drehzahländerungen der Rohrendensteuerung an Luppenwanddickenmeßwerte angepaßt werden. Auf diese Weise wird bereits sehr früh in die Umformung einer Luppe zu einem Rohr als Endprodukt mit dem Ziel einer Verbesserung der Rohrendendurchmesser eingegriffen.
In bevorzugter Weiterbildung können dabei die Wanddickenverläufe an Luppenenden auf zyklische Muster untersucht und solche Muster mit berücksichtigt werden.
Weiterhin bevorzugt kann es dabei vorgesehen sein, dass das Verfahren mit einem Wanddickenkontrollsystem zur automatischen Steuerung der Wanddicken außerhalb der verdickten Enden kombiniert ist.
Eine weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahme besteht in einer automatischen Ansticherkennung.
Eine weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahme besteht in einer Berücksichtigung der tatsächlichen Wanddickenverläufe an den Enden der einlaufenden Mutterrohre.
Eine weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahme besteht in einer Vorgabe von Soll- oder Idealformen der Rohrenden jeder Abmessung.
Eine weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahme besteht in einer Verwendung von mustererkennenden Algorithmen zur Bewertung des Wanddickenverlaufs jedes Rohrendes.
Eine weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahme besteht in einer Simulation zu Vorabberechnung der Wirkung einer Einstellungsänderung.
Eine weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahme besteht in einer Iteration der CEC-Einstellung über mehrere Luppen zur Findung eines stabilen Optimums
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Streckreduzierwalzwerks mit seiner Steuerung.

Ein Streckreduzierwalzwerk umfasst mehrere Walzen in Walzgerüsten 1, die von regelbaren Motoren angetrieben werden. Das Streckreduzieren eines Walzgutes 2 erfolgt dabei durch gezielte Ansteuerung der Motoren mit verschiedenen Drehzahlen, so dass das Walzgut zwischen den Walzen unter Zugspannung gesetzt wird.
Die Motoren werden über eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) 3 mit elektrischer Energie versorgt. Die SPS 3 übernimmt die Abfrage und/oder Berechnung der Drehzahlen der Motoren während des Walzvorgangs.
Die SPS 3 ist über ein Netzwerk 4 in Form eines Feldbussystems mit Sensoren 5, 6 verbunden, so dass Messwerte unmittelbar in die SPS einfließen. Die Sensoren 5 sind vorliegend exemplarisch Positionssensoren, zum Beispiel in Form von Lichtschranken. Die Sensoren 6 ermitteln weitere Messwerte zur Überwachung des Walzvorgangs, insbesondere Durchmesser, Wanddicke und Temperatur des Walzguts.
Die SPS 3 kann zudem über ein nicht echtzeitfähiges Netzwerk 7 mit einem Prozessleitrechner 7a einer Prozessleitebene kommunizieren.
Auf einem vorstehend beispielhaft beschriebenen Steckreduzierwalzwerk kann ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung eines Streckreduzierwalzwerks durchgeführt werden. Dabei werden Rohrenden von gestreckten Rohren durch die Steuerung von einem oder mehreren Motoren des Streckreduzierwalzwerks optimiert.
Es erfolgt mindestens eine auslaufseitige Wanddickenmessung durch die Sensoren 6 und eine automatische Anpassung der Größe einer Drehzahländerung der Motoren an das gemessene Rohrwanddickenprofil. Erfindungsgemäß wird auch der zeitliche Verlauf der Drehzahländerungen einzelner oder aller Motoren aufgrund der Rohrwanddickenmesswerte automatisch angepasst.
Der zeitliche Verlauf der Drehzahlen ist durch den Startzeitpunkt der Drehzahländerung und den Endpunkt der Drehzahländerung gekennzeichnet. Insbesondere ist der zeitliche Verlauf zudem durch eine Änderungsrate der Drehzahlen gekennzeichnet.
Eine Bewertung des Wanddickenverlaufs wird an mindestens drei Abschnitten des Wanddickenprofils vorgenommen.
Zudem wird die Bewertung des Wanddickenverlaufs aus mehreren Zielgrößen vorgenommen wird.
Das Verfahren zur Steuerung der Rohrendendicke ist dabei mit einem Wanddickenkontrollsystem zur automatischen Steuerung der Wanddicken außerhalb der verdickten Enden kombiniert.
Die Messwerte durch die Sensoren 6 werden mittels Programmen analysiert, wobei die Wanddickenverläufe an den Enden auf zyklische Muster untersucht und solche Muster bei der Steuerung der Motoren mit berücksichtigt werden.
Zusätzlich zu einer Messung der Wanddicken der (teil)gestreckten Rohre erfolgt eine Messung eines einlaufenden Luppenwanddickenprofils, wobei die Größen und der zeitliche Verläufe der Drehzahländerungen der Rohrendensteuerung an Luppenwanddickenmeßwerte angepaßt werden.
Dabei werden die Wanddickenverläufe an Luppenenden auf zyklische Muster untersucht und solche Muster werden mit berücksichtigt.
Insgesamt ist das Verfahren mit einem Wanddickenkontrollsystem zur automatischen Steuerung der Wanddicken außerhalb der verdickten Enden kombiniert.
Bezugszeichenliste

1: Walzgerüste mit Walzen und Motoren
2: Walzgut
3: SPS = speicherprogrammierbare Steuerung
4: Bussystem, Feldbus
5: Sensoren, Positionssensoren
6: Sensoren für Durchmesser, Wanddicke, Temperatur etc.
7: Netzwerk auf Prozessleitebene
7a: Prozessleitrechner

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 1602181 A [0005]
DE 1962792 A [0005]
DE 2557707 A1 [0006]
DE 19840864 A1 [0006]
DE 2645497 A1 [0006]
DE 3028211 A1 [0006]
DE 1962792 A1 [0008]
JP H07246414 A [0010]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Streckreduzierwalzwerks, wobei Rohrenden von gestreckten Rohren durch die Steuerung von einem oder mehreren Motoren des Streckreduzierwalzwerks (1) optimiert werden, umfassend mindestens eine auslaufseitige Wanddickenmessung und eine automatische Anpassung der Größe einer Drehzahländerung der Motoren an das Rohrwanddickenprofil, dadurch gekennzeichnet, dass auch der zeitliche Verlauf der Drehzahländerungen einzelner oder aller Motoren aufgrund der Rohrwanddickenmesswerte automatisch angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Drehzahlen durch den Startzeitpunkt der Drehzahländerung und den Endpunkt der Drehzahländerung gekennzeichnet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf durch Startzeitpunkt oder Endzeitpunkt und eine Änderungsrate gekennzeichnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertung des Wanddickenverlaufs an mindestens drei Abschnitten des Wanddickenprofils vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertung des Wanddickenverlaufs aus mehreren Zielgrößen vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit einem Wanddickenkontrollsystem zur automatischen Steuerung der Wanddicken außerhalb der verdickten Enden kombiniert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddickenverläufe an den Enden auf zyklische Muster untersucht und solche Muster bei der Steuerung der Motoren mit berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messung eines einlaufenden Luppenwanddickenprofils erfolgt, wobei die Größen und der zeitliche Verläufe der Drehzahländerungen der Rohrendensteuerung an Luppenwanddickenmeßwerte angepaßt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddickenverläufe an Luppenenden auf zyklische Muster untersucht und solche Muster mit berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit einem Wanddickenkontrollsystem zur automatischen Steuerung der Wanddicken außerhalb der verdickten Enden kombiniert ist.