DE10254958A1

DE10254958A1 - Einrichtung zur Regelung des Walzspaltes beim Walzverfahren für Metalle, insbesondere für Stahlwerkstoffe, unter sich schnell ändernden Parametern

Info

Publication number: DE10254958A1
Application number: DE2002154958
Authority: DE
Inventors: Markus Cramer
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2004-06-03

Abstract

Eine Einrichtung zur Regelung des Walzspaltes beim Walzverfahren für Metalle, insbesondere für Stahlwerkstoffe, mit in Einbaustücken gelagerten Walzenpaaren (4, 5 bzw. 4a, 5a), wobei das obere Einbaustück (3) mittels einer mit dem Walzenständer (1) und dem oberen Einbaustück (3) verbundenen, hydraulischen und einer mechanischen Anstellung (10, 13) verbunden ist, löst die Aufgabe, unter sich schnell ändernden Parametern die Walzspaltregelung dahingehend auszuführen, dass eine Mehrzahl von über eine Bezugsfläche verteilten, parallel geschalteten Piezoelementen für eine piezoelektrische Anstellung vorgesehen ist, wobei die Bezugsfläche im Kraftfluss des Walzenständers (1) liegt und die Piezoelemente an einen Regelkreis für die jeweilige Sollwert-Regelung der Walzgut-Dicke (15) angeschlossen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung des Walzspaltes bei Walzverfahren für Metalle, insbesondere für Stahlwerkstoffe, unter sich schnell ändernden Parametern, wie z. B. Walzgutdicke und Walz-Geschwindigkeit des einlaufenden Walzgutes, der Walzkraft, der Exzentrizität der in Einbaustücken gelagerten Walzenpaare mit einer Führung der Einbaustücke im Walzenständer, wobei das obere Einbaustück mittels einer mit dem Walzenständer und dem oberen Einbaustück verbundenen hydraulischen und einer mechanischen Anstellung verbunden ist.

Das exakte und schnelle Einstellen eines gewünschten Abstandes der Walzen zueinander, des Walzspaltes, bildet eine der Hauptanforderungen an den Walzprozess, da sich die Sollwerte für die Größe des Walzspaltes in Abhängigkeit von Randbedingungen ständig und sehr schnell ändern können und dadurch die Güte des Endproduktes wesentlich beeinflusst wird. Eine derartige Walzspaltregelung ist aus der EP 0 424 709 B1 bekannt. Das bekannte Verfahren betrifft eine Dickenregelung von Walzband unter Anwendung des Gaugemeter-Verfahrens sowie zur Kompensation von durch Walzenexzentrizitäten verursachten Störungen. Dieses Verfahren berücksichtigt die Größe des Walzspaltes, die Walzkraft und den Gerüstmodul. Die dort gestellte Aufgabe, ein Verfahren zur Dickenregelung von Walzband und zur Kompen sation von Walzenexzentrizitäten aufzuzeigen, mit dem auch durch Überlagerung mehrerer Störeinflüsse entstandene komplexe Walzenexzentrizitäten exakt kompensiert werden können, wird dadurch gelöst, dass eine Trennung des die Exzentrizität betreffenden Störsignals vom Walzkraftsignal, die Nachbildung des so gewonnenen Störsignals durch ein Modell, die anschließende Berechnung von Regelungsparametern der Störsignalmodell-Übertragungsfunktion, die Ermittlung eines Kompensationssignals aus dem Störsignal in einem adaptiven Regler sowie die Aufschaltung des Kompensationssignals auf einen Positionsregelkreis vorgenommen wird. Dieses Verfahren hat sich zwar bewährt, ist jedoch in der Praxis trotzdem schaltungsaufwendig und daher kompliziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelungseinrichtung zur Regelung des Walzspaltes bei Walzverfahren für Metalle, mit sich schnell ändernden Parametern auf der Grundlage von verhältnismäßig einfachen Regelungsmitteln vorzuschlagen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Mehrzahl von über eine Bezugsfläche verteilten, parallel geschalteten Piezoelementen für eine piezoelektrische Anstellung vorgesehen ist, wobei die Bezugsfläche im Kraftfluss des Walzenständers liegt und die Piezoelemente an einen Regelkreis für die jeweilige Sollwert-Regelung der Walzgut-Dicke angeschlossen sind. Der Vorteil besteht in einer sehr schnellen Regelung, da kleinste Signale ausreichen, um den Aktuator des Piezoelementes zu betätigen. Die Flächenübertragung unterstützt diesen Effekt , wobei stets aus einer größere Anzahl von Ebenen die günstigste Bezugsfläche ausgewählt werden kann.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die piezoelektrische Anstellung in Kombination mit der hydraulischen Anstellung an einen Aufteilungsregelkreis angeschlossen ist.

Die Ausnutzung des piezoelektrischen Effekts (eine spannungsabhängige Ausdehnung eines Stoffes) erhöht die Geschwindigkeit der Anstellungsvorrichtung, und die dadurch erreichbaren Anstellgeschwindigkeiten überschreiten die bisher bekannten Geschwindigkeiten von Walzenanstellungen so erheblich, dass z.B. ein Ausgleich der Exzentrizität der Walzen auch bei hohen Drehzahlen der Walzen durchgeführt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass auch auf andere Sollwertänderungen des Walzspaltes schneller reagiert werden kann. Dadurch wird eine Erhöhung der Maßhaltigkeit des Walzgutes erreicht. Weiterhin ist es möglich, durch aktive Schwingungsdämpfung unerwünschten Vibrationen, die während des Walzprozesses auftreten, entgegenzuwirken.

Weitere Merkmale bestehen darin, dass die piezoelektrische Anstellung unterhalb der hydraulischen Anstellung angeordnet ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass sowohl die piezoelektrische Anstellung als auch die hydraulische Anstellung jeweils zumindest an einen Wegaufnehmer für die Messung der Anstellwege angeschlossen sind. Dadurch kann nach Einlaufen des Walzgutes in den Walzspalt eine Sollwertänderung des Walzspalts jeweils durch eine Kombination aus einer Anstellbewegung der hydraulischen Anstellung sowie einer Anstellbewegung der piezoelektrischen Anstellung ausgeglichen werden. Der Walzkraftaufnehmer befindet sich im Kraftfluß des Walzgerüstes.

Weitere Vorteile der schnellen Regelung des Walzspaltes ergeben sich daraus, dass der Wegaufnehmer für die hydraulische Anstellung an einen Positionsregelkreis und der Wegaufnehmer für die piezoelektrische Anstellung an einen weiteren Positionsregelkreis angeschlossen sind.

Beide Sollwerte können nunmehr derart zusammengeführt werden, dass beide Positionsregelkreise an einen Aufteilungskreis angeschlossen sind, dessen Filter und Regelalgorithmen den Sollwerten für die Wege einer Gesamtwalzenanstellung entsprechen.

Nach weiteren Merkmalen wird vorgeschlagen, dass sowohl die hydraulische Anstellung mit dem Walzkraftaufnehmer als auch die piezoelektrische Anstellung mit dem Wegaufnehmer senkrecht zur Walzrichtung vorgespannt sind. Dadurch ist das System ohne große Ansprechzeiten sofort wirkungsbereit.

In Ausgestaltung dieses Vorschlags ist vorgesehen, dass die Vorspannkraft mittels als Balancier angeordneten Kolben-Zylinder-Einheiten übertragbar ist, wobei die Zylinder jeweils am Walzenständer und die Kolbenstangen jeweils am oberen Einbaustück angelenkt sind.

Grundsätzlich kann mittels der mechanischen Anstellspindel eine Voreinstellung des Walzspaltes erfolgen.

Andere Vorteile werden dadurch erzielt, dass niederfrequente Walzspalt-Änderungen mittels der hydraulischen Anstellung ausregelbar sind.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass höherfrequente Walzspalt-Änderungen mittels der piezoelektrischen Anstellung über den Wegaufnehmer ausregelbar sind.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die nachstehend näher erläutert werden.

Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Walzgerüstständers und
2 ein Blockschaltbild der Regelungsschaltung.
In einem Walzenständer 1 befinden sich in Einbaustücken 2 und 3 gelagerte Walzen oder Walzenpaare, die jeweils aus einer Unterwalze 4 und einer Oberwalze 5 ( 1) bzw. aus einer oberen Stützwalze 5a und der Arbeitswalze 5 und aus einer unteren Stützwalze 4a und der unteren Arbeitswalze 4 bestehen ( 2). Die Einbaustücke 2 und 3 sind in seitlichen Führungen 6 geführt. Von den Einbaustücken 2 und 3 ist das obere Einbaustück 3 zur Gewichtsentlastung an Kolben-Zylinder-Einheiten 7 und 8 in der Art eines Balanciers beidendig am Walzenständer 1 angelenkt. Der Walzspalt wird mechanisch durch eine Anstellspindel 10, die in einer Anstellgewindemutter 11 gedreht wird, voreingestellt. Das untere Einbaustück 2 ist auf einen Walzkraftaufnehmer 12 gestützt. Unterhalb der hydraulischen Anstellung 13 mit dem zugeordneten Wegaufnehmer 16 für einen Weg S1 befindet sich eine piezoelektrische Anstellung 14 mit einem entsprechenden piezoelektrischen Aktuator und mit dem zugeordneten Wegaufnehmer 17 für einen Weg S2. Nach Wahl einer geeigneten Bezugsfläche, die bspw. unter oder über der hydraulischen Anstellung 13 oder der piezoelektrischen Anstellung 14 liegen kann, ist eine Mehrzahl von über die Bezugsfläche flächenverteilt, parallel geschalteten Piezoelementen mit jeweils einem Aktuator für die piezoelektrische Anstellung vorgesehen. Die Bezugsfläche liegt im Kraftfluss des Walzenständers 1 und kann den Kraftfluss auch verhältnisgleich zum tatsächlichen Kraftfluss anzeigen. Die Vielzahl der Piezoelemente ist an einen Regelkreis (2) für die jeweilige Sollwert-Regelung der Walzgut-Dicke 15 angeschlossen.
Gemäß 2 ist diese kombinierte hydraulische Anstellung 13 und die piezoelektrische Anstellung 14 zur Regelung der eingangs bezeichneten Parameter, wie bspw. der Walzgutdicke 15, des mit Walzgutgeschwindigkeit einlaufenden Walzgutes 9 (z. B. eines Stahlbandes), der durch den Walzkraftaufnehmer 12 gemessenen Walzkraft , der Exzentrizität der Walzenpaare 4, 5, 4a, 5a, dargestellt. Unterhalb der Anstellspindel 10, d.h. zwischen dem als Feder dargestellten Gerüstmodul 10a, und der Oberwalze 5 sind die hydraulische Anstellung 13 mit zumindest einem zugehörigen Wegaufnehmer 16 und die piezoelektrische Anstellung 14 mit zumindest einem zugehörigen Wegaufnehmer 17 angeordnet.
Dem Walzgerüst ist ferner ein Aufnehmer 18 der Ist-Walzgutdicke h _ist (mit 15 bezeichnet) des auslaufenden Walzgutes 9 nachgeordnet. Die Dickenregelung besteht aus einem Monitorregelkreis 19 mit Eingabeeinheit 20 für die Solldicke h_s einem Gaugemeter-Regelkreis 21 und der Gesamtanstellung S _Acc als Ausgangsgröße und jeweils einem Positionsregelkreis 22 für die hydraulische Anstellung 13 und einem Positionsregelkreis 23 für die piezoelektrische Anstellung 14. Weiterhin ist ein Aufteilungsregelkreis 24 vorgesehen, dessen Aufgabe es ist, durch entsprechende Filter und Regelalgorithmen die Sollwerte S _AGC1 und S _AGC2 für die Positionsregelungen der hydraulischen Anstellung 13 (Positionsregelung 22) und der piezoelektrischen Anstellung 14 (Positionsregelung 23) derart vorzugeben, dass die Summe der beiden Anstellwege weitestgehend schnell etwaige Abweichungen der Walzgut-Dicke 15 ausgleicht. Dabei können auch zusätzliche, periodische Abweichungen in der Sollwertberechnung und Sollwertaufteilung, z.B. eine Walzenexzentrizität, berücksichtigt werden.
Der Aufnehmer 18 für die Ist-Walzgutdicke h_ist, ist mit dem Monitorregelkreis 19 über einen Positionsmesskreis 25 verbunden.
Sowohl die hydraulische Anstellung 13 mit dem Wegaufnehmer 16 als auch die piezoelektrische Anstellung mit dem Wegaufnehmer 17 sind senkrecht zur Walzrichtung (mit dem Pfeil in 2 bezeichnet) vorgespannt. Die Vorspannkraft wird symmetrisch mittels als Balancier angeordneten Kolben-Zylinder-Einheiten /, 8 übertragen, wobei die Zylinder 7a, 8a jeweils am Walzenständer 1 und die Kolbenstangen 7b, 8b jeweils am oberen Einbaustück 3 angelenkt sind.

1: Walzenständer
2: Einbaustück
3: Einbaustück
4: Unterwalze
4a: untere Stützwalze
5: Oberwalze
5a: obere Stützwalze
6: seitliche Führungen
7: Kolben-Zylinder-Einheit
7a: Zylinder
7b: Kolbenstange
8: Kolben-Zylinder-Einheit
8a: Zylinder
8b: Kolbenstange
9: Walzgut
10: Anstellspindel
10a: Gerüstmodul
11: Anstellgewindemutter
12: Walzkraftaufnehmer
13: hydraulische Anstellung
14: piezoelektrische Anstellung
15: Walzgutdicke
16: Wegaufnehmer (hydraulische Anstellung)
17: Wegaufnehmer (piezoelektrische Anstellung)
18: Aufnehmer für die Ist-Walzgutdicke
19: Monitorregelkreis
20: Eingabeeinheit
21: Gaugemeter-Regelkreis
22: Positionsregelkreis (piezoelektrische Anstellung)
23: Positionsregelkreis (hydraulische Anstellung)
24: Aufteilungsregelkreis
25: Positionsmesskreis für Ist-Walzgutdicke

Claims

Einrichtung zur Regelung des Walzspaltes bei Walzverfahren für Metalle, insbesondere für Stahlwerkstoffe, unter sich schnell ändernden Parametern, wie z.B. Walzgutdicke (15) und Walzgut-Geschwindigkeit des einlaufenden Walzgutes (9), der Walzkraft, der Exzentrizität der in Einbaustücken (2, 3) gelagerten Walzenpaare (4, 5 bzw. 4a, 5a) mit einer Führung (6) der Einbaustücke (2, 3) im Walzenständer (1), wobei das obere Einbaustück (2) mittels einer mit dem Walzenständer (1) und dem oberen Einbaustück (2) verbundenen hydraulischen und einer mechanischen Anstellung (10, 13) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von über eine Bezugsfläche verteilten, parallel geschalteten Piezoelementen für eine piezoelektrische Anstellung (14) vorgesehen ist, wobei die Bezugsfläche im Kraftfluss des Walzenständers (1) liegt und die Piezoelemente an einen Regelkreis für die jeweilige Sollwert-Regelung der Walzgut-Dicke (15) angeschlossen sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Anstellung (14) in Kombination mit der hydraulischen Anstellung (13) an einen Aufteilungsregelkreis (24) angeschlossen ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Anstellung (14) unterhalb der hydraulischen Anstellung (13) angeordnet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die piezoelektrische Anstellung (14) als auch die hydraulische Anstellung (13) jeweils zumindest an einen Wegaufnehmer (16; 17) für die Messung der Anstellwege (S1, S2) angeschlossen sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegaufnehmer (16) für die hydraulische Anstellung (13) an einen Positionsregelkreis (22) und der Wegaufnehmer (17) für die piezoelektrische Anstellung (14) an einen weiteren Positionsregelkreis (23) angeschlossen sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Positionsregelkreise (22, 23) an einen Aufteilungskreis (24) angeschlossen sind, dessen Filter und Regelalgorithmen den Sollwerten für die Wege (S1, S2) einer Gesamtwalzenanstellung entsprechen.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die hydraulische Anstellung (13) mit dem Wegaufnehmer (16) als auch die piezoelektrische Anstellung (14) mit dem Wegaufnehmer (17) senkrecht zur Walzrichtung vorgespannt sind.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannkraft mittels als Balancier angeordneten Kolben-Zylinder-Einheiten (7; 8) übertragbar ist, wobei die Zylinder (7a, 8a) jeweils am Walzenständer (1) und die Kolbenstangen (7b, 8b) jeweils am oberen Einbaustück (3) angelenkt sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der mechanischen Anstellspindel (10) eine Voreinstellung des Walzspaltes erfolgt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass niederfrequente Walzspalt-Änderungen mittels der hydraulischen Anstellung (13) ausregelbar sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass höherfrequente Walzspalt-Änderungen mittels der piezoelektrischen Anstellung (14) über den Wegaufnehmer (17) ausregelbar sind.