DE1427892B2 - Regeleinrichtung fuer ein kontinuierliches walzwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für ein kontinuierliches Walzwerk zur Herstellung von Metallband, insbesondere Stahlband, bei dem den einzelnen Walzenpaaren Antriebseinrichtungen für die Walzen und Einstelleinrichtungen für die Walzspalte zugeordnet sind, mit Einrichtungen zum Erfassen der Parameter des zu walzenden Metallbandes, wie Temperatur und Abmessungen, auf Grund deren Meßwerte die Querschnittsverminderung des Metallbandes in den einzelnen Walzgerüsten nach einem vorgegebenen, in einem Rechner enthaltenen Programm erfolgt, und während des Walzvorganges ermittelte Meßwerte von Walzendrehzahl und Walzspaltgröße dem Rechner zugeführt und nach einem Vergleich der Soll-Ist-Daten die Abweichungen in einer Speichereinrichtung erfaßt werden.

Eine solche Regeleinrichtung ist ihrer grundsätzlichen Art nach aus der Fachzeitschrift »Stahl und Eisen«, 82. Jg, Heft 11, 24. Mai 1962, Seiten 665-670 bekannt. Bei dieser bekannten Regeleinrichtung werden die Temperatur und die Abmessungen des zu walzenden Bandes vor dessen Eintritt in eine Fertigstraße erfaßt. Unter Heranziehung dieser Meßwerte sowie der

ίο gewünschten Abmessungen des fertig gewalzten Bandes wird in einem Rechner das Walzprogramm für die Fertigstraße erstellt. Die errechneten Einstellwerte werden an die Steuerungen und Regelungen geliefert, die an den einzelnen Gerüsten die Drehzahlen der Walzmotoren und die Anstellungen verstellen. Während des Walzens werden laufend die Breite, die Dicke und die Länge, nötigenfalls auch die Temperatur, und weitere Größen des austretenden Walzguts gemessen, und einem Datensammler der Fertigstraße zugeführt.

Der Datensammler verarbeitet die gemessenen Größen, um erforderliche Angaben über das fertig gewalzte Band zusammenzustellen, beispielsweise Toleranzangaben.
Bei der beschriebenen bekannten Anordnung wird das Bedienungspersonal entlastet, da die Einstellung der Walzgerüste der Fertigstraße weitgehend automatisch erfolgt. Eine automatische Korrektur der einmal eingestellten Werte ist allerdings beim Auftreten von irgendwelchen Unstimmigkeiten nicht vorgesehen.

Aus der DT-AS 11 26 492 ist hingegen bereits eine Einrichtung bekannt, bei der zur Regelung der Banddicke in einem kontinuierlichen Warmwalzwerk auf der Austrittsseite eines Gerüstes fortlaufend die tatsächliche Dicke des gerade gewalzten Bandes gemessen wird und in Abhängigkeit von einem Vergleich der gemessenen Istdicke mit der erwarteten Solldicke eine Veränderung der Walzenanstellung und bzw. oder der Walzgeschwindigkeit von wenigstens einem der folgenden Gerüste während des Walzens desselben Bandes vorgenommen wird. Auf diese Weise gelingt es, die Toleranzen des fertig gewalzten Bandes zu verringern. Eine vollständige Ausregelung der Dickenfehler ist aber nicht immer möglich, da die Nachstellung der folgenden Gerüste eine gewisse Zeit in Anspruch nimmt und oft die Grenzleistung dieser Gerüste erreicht wird.

Zum Stand der Technik wird noch auf die Druckschrift »Blech«, Nr. 11, 1961, Seite 810-820 verwiesen. Daraus ist es bei einem mehrgerüstigen Kaltwalzwerk grundsätzlich bekannt, Kurven aufzunehmen, die die Verteilung der Gesamtleistung auf die einzelnen Gerüste angeben, und diese Leistungsverteilungskurven für Walzprogramme zu verwenden.
Trotz dieser bekannten Maßnahmen und der Entwicklung von automatischen Dickenmeßgeräten (GB-PS 7 13 105) sind an das Bedienungspersonal eines kontinuierlichen Walzwerks sehr hohe Anforderungen zu stellen, um eine gute Qualität des Walzguts zu erzielen. Mitunter werden die Fähigkeiten und Möglichkeiten des Bedienungspersonals, insbesondere unter Berücksichtigung der zur Verfügung stehenden Zeitspanne bei einer wirtschaftlichen Produktion, wesentlich überschritten. Dies trifft insbesondere für während eines Walzvorganges auszuführende Nachstellungen zu, <>5 deren erfolgreiche Durchführung ein hohes Maß an Erfahrung und Handfertigkeit erfordert und von einer genauen Beobachtung vorangegangener und laufender Walzvorgänge abhängt.

Bei einem Warmwalzwerk mit sechs Gerüsten muß das Bedienungspersonal beispielsweise vor Beginn des Walzvorganges eines Stahlbandes die folgenden Daten feststellen und zusammentragen:

(a) die endgültige Dicke,

(b) die endgültige Breite,

(c) die Austrittstemperatur,

(d) die Art des Stahls,

(e) die Eintrittstemperatur,

(f) die übrigen Eigenschaften des Walzguts,

(g) die Eigenschaften des Walzgerüsts, beispielsweise welche Walzen abgenutzt sind usw.,

(h) die Berücksichtigung der unter (g) genannten

Eigenschaften bei der Einstellung des Walzwerks, (i) die zur Herstellung der gewünschten Austrittstem-

peratur geeignete Walzgeschwindigkeit. Unter Berücksichtigung der obigen Punkte muß das Bedienungspersonal die Walzwerkseinstellung mindestens hinsichtlich der folgenden Positionen vornehmen:

(1) Geschwindigkeiten für die sechs Walzgerüste (die Geschwindigkeiten können voneinander abweichen),

(2) Anstellungen (Walzspaltöffnungen) für sechs Walzgerüste (die Anstellungen können voneinander abweichen),

(3) Seitenführungseinstellungen an sieben Stellen längs der Walzstraße,

(4) anfängliche Einstellung der Röntgendickenmeßeinrichtung.

Während des Walzvorganges muß das Bedienungspersonal gewisse Arbeiten durchführen, die für die erfolgreiche Herstellung des betreffenden Walzguts erforderlich sind, z. B.:

(I) Steuerung der Geschwindigkeit jedes Walzgerüsts oder Vorbereitung für eine möglicherweise vorzunehmende Steuerung dieser Art, (II) ständige Beobachtung der Höhen der Bandschlingtn sowie Vorbereitungen zum Eingreifen, (IH) ständige Beobachtung der Ausgangsmeßgrößen (Austrittsdicke) des Walzwerks sowie Vorbereitung zum Durchführen von gegebenenfalls erforderlichen Korrekturen,

(IV) ständige Beobachtung der Einstellungen der Walzspaltöffnungen und Vorbereitung zum Durchführen von gegebenenfalls erforderlichen Korrekturen,
(V) Aufzeichnungen über die Positionen (I) bis (IV)

zur Verbesserung der Walzwerkseinstellung, (VI) Höheneinstellung der Walzgerüste, (VII) Beobachtungen über das Auftreten von mögli-

chen Gefahren- und Ausnahmezuständen. Diese eingangs beschriebene bekannte Regeleinrichtung mit einem Rechner entlastet das Bedienungspersonal insbesondere im Hinblick auf die anfängliche Einstellung der einzelnen Gerüste des Walzwerks. Es bleibt aber weitgehend dem Bedienungspersonal vorbehalten, während des Walzens auf Grund von falschen Annahmen vorgenommene Einstellungen zu korrigieren. Diese Aufgabe ist, wie bereits erwähnt, äußerst schwierig und wird nur in den seltensten Fällen so gelöst, daß der Walzvorgang optimal abläuft und die größtmögliche Qualität des Walzguts erzielt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gesamten Walzvorgang zu automatisieren, also neben einer automatischen Anfangseinstellung des Walzwerks, wie der Sollwertvorgabe für die Walzspaltöffnungen und die Walzgeschwindigkeiten an den einzelnen Gerüsten, auch für eine automatische Korrektur dieser Einstellwerte auf Grund der beim Walzen tatsächlich auftretenden Gegebenheiten zu sorgen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die eingangs beschriebene Regeleinrichtung nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Programm die vorausgesagten Solldaten in Form einer Vielzahl von gespeicherten Kurven enthält, bei denen die Leistung und bzw. oder Walzkraft in Abhängigkeit von der Banddicke aufgetragen ist, wobei auf Grund der ermittelten Meßwerte am zu walzenden Metallband in Abhängigkeit der geforderten Abmessungen des Endproduktes die zutreffende Kurve ausgewählt wird und während des Metallband-Durchlaufes durch die einzelnen Walzgerüste bei vom vorausgesagten Sollwert abweichenden Meßgrößen die im Rechner enthaltenen Sollwert-Daten in Übereinstimmung mit den aus dem Vergleich resultierenden Abweichungen angepaßt werden und die hierdurch veränderten Solldaten die vorausgesagten Solldaten für das nächste zu walzende Metallband darstellen.

Der Erfindungsgegenstand führt nicht nur zu gewissen Verbesserungen bei der automatischen Voreinstellung und der laufenden Steuerung des Walzwerks unter automatischer Durchführung der üblichen Aufgaben des Bedienungspersonals, sondern bringt eine Regelung der Gesamtbetriebsweise des Walzwerks unter Berücksichtigung aller widrigen Umstände mit sich und ermöglicht daher eine automatische Optimierung des Walzverfahrens. Die Tätigkeit des Bedienungspersonals beschränkt sich auf akute Notfälle.

Bei der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung erschöpft sich die Tätigkeit des Rechners nicht lediglich in der Bereitstellung eines programmgesteuerten Walzverfahrens, sondern der Rechner führt Funktionen aus, die außerhalb des Bereichs eines vorgewählten Programms liegen. Der Rechner verarbeitet nämlich vergangene und augenblickliche Betriebszustände, fällt Entscheidungen zur Bewirkung optimaler Walzbedingungen, bringt seine eigenen gespeicherten Daten auf den neuesten Stand, um künftige Operationen gleicher oder ähnlicher Art besser durchführen zu können, und hält einen Arbeitsvorgang an, wenn eine geforderte Einstellung undurchführbar ist.

Wie es in der Figurenbeschreibung im einzelnen noch erläutert wird, betreffen die Hauptfunktionen des Rechners folgendes:

(a) Fertigdicke (vom Bestellschein),

(b) Fertigtemperatur (vom Bestellschein),

(c) Stahlart (vom Bestellschein),

(d) Abweichungen von der Normaleinstellung (vom Bedienungspersonal),

(e) Eintrittstemperatur (von der Meßeinrichtung),

(f) Eintrittsdicke (von der Meßeinrichtung),

(g) Eintrittsbreite (von der Meßeinrichtung),

(h) Walzgerüstgeschwindigkeiten (ermittelt vom Rechner),

(i) Anstellungen (ermittelt vom Rechner),
(j) Anfangseinstellungen der Dickensteuerung (ermittelt vom Rechner),

(k) Seitenführungen (ermittelt vom Rechner),
(1) Bezugsgröße für Röntgendickenmessung (ermittelt vom Rechner).

Das Bedienungspersonal ist somit lediglich für die Geschwindigkeits/Temperatur-Kenneigenschaften verantwortlich, die vor der generellen Einstellung des Walzwerks in den Rechner eingegeben werden. Im übrigen ist die Tätigkeit des Bedienungspersonals auf

das Erkennen und Beseitigen von akuten Ausnahmeoder Notzuständen beschränkt

Bei der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung werden somit von den Durchgängen nicht nur Daten gesammelt und gespeichert, sondern es werden auch fortwährend Daten von erfaßten Betriebsfunktionen revidiert oder auf den neuesten Stand gebracht und zur Verwendung als zukünftige Bezugsdaten gespeichert

Die bei einem Durchlauf erfaßten Daten werden herangezogen, um gegebenenfalls die Bezugsdaten für den nächsten Durchlauf zu modifizieren.

Beim Erfindungsgegenstand enthält das Programm die vorausgesagten Solldaten in Form einer Vielzahl von gespeicherten Kurven, bei denen die Leistung und bzw. oder Walzkraft in Abhängigkeit von der Banddicke aufgetragen ist, und zwar für eine bestimmte Temperatur und eine bestimmte Materialgüte des zu walzenden Metallbandes. Auf Grund der ermittelten Meßwerte am zu walzenden Band, sowie der übrigen Eigenschaften des Walzguts, beispielsweise die Stahlgüte, wird in Abhängigkeit der geforderten Abmessungen des Endprodukts, gegebenenfalls einschließlich der Endtemperatur, die zutreffende Kurve ausgewählt, um die grundsätzliche Einstellung des Walzwerks vorzunehmen. Wenn beim Durchlauf des Metallbandes durch das Walzwerk, beispielsweise auf Grund einer Abweichung der Stahlgüte von dem angenommenen Wert, die Meßgrößen vom vorausgesagten Sollwert abweichen, werden die im Rechner enthaltenen Solldatenkurven entsprechend den auftretenden Abweichungen revidiert Die revidierten Kurven werden dann als Solldaten für das nächste zu walzende Metallband herangezogen.

Zur Erhöhung der Genauigkeit und Qualität des Walzguts zeichnet sich eine Weiterbildung des Erfindungsgegenstands dadurch aus, daß auf Grund der angepaßten Sollwert-Daten an einem oder mehreren nachfolgenden Walzgerüsten während des Walzgutdurchlaufs eine Regelung der Walzendrehzahl und des Walzspaltes erfolgt.

Die Erfindung wird im einzelnen an Hand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 (Fig. IA und Fig. IB) eine schematische Ansicht eines Warmwalzwerks, an Hand dessen Aufbau die grundsätzlichen Steueraufgaben eines Operateurs erläutert werden sollen,

Fig.2 (Fig.2A bis Fig.2D) eine schematische Ansicht eines Warmwalzwerks mit Automationseinrichtungen, die den Operateur während des Walzvorgangs entlasten,

F i g. 3 eine schematische Ansicht eines Walzgerüsts, des in den F i g. 1 und 2 dargestellten Walzwerks, das auch in Verbindung mit Fig.5 Verwendung finden kann,

F i g. 4 eine vereinfachte Ansicht eines Walzgerüsts, das äquivalent zu demjenigen in F i g. 3 ausgebildet ist,

F i g. 5 (F i g. 5A bis F i g. 5F) eine schematische Ansicht eines automatisierten Walzwerks sowie der zugeordneten Steuereinrichtungen,

F i g. 6 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Umwandlung einer intermittierenden mechanisehen Bewegung einer Komponente der in Fig.5 dargestellten Anordnung in ein elektrisches Signal,

F i g. 7 eine Einrichtung, mit der eine kontinuierliche mechanische Bewegung einer Komponente der Anordnung in F i g. 5 in ein elektrisches Signal umgewandelt werden kann,

F i g. 8 eine graphische Darstellung einer Leistungskurve mit der den Walzgerüsten eines Walzwerks zugeführten Leistung, wobei auf der Abszisse die Walzgutdicke und auf der Ordinate die aufzubringende Reduktionsleistung pro Dickeneinheit aufgetragen ist,

F i g. 9 eine graphische Darstellung einer Kraftkurve mit den zwischen den Walzen eines Walzgerüsts ausgeübten Kräften, wobei auf der Abszisse die Walzgutdicke und auf der Ordinate die Reduzierungskraft pro Dickeneinheit angegeben ist,

Fig. 10 eine graphische Darstellung einer gegenüber F i g. 8 beziehungsweise F i g. 9 abgewandelten Leistungs- beziehungsweise Kraftkurve, die zur tatsächlichen Steuerung der Walzgerüste bei einem Walzverfahren besser geeignet sind,

Fig. 11 eine graphische Darstellung der Änderung der in F i g. 8 dargestellten Leistungskurve mit der Temperatur,

Fig. 12 eine graphische Darstellung der Elastizität eines Walzgerüsts in Abhängigkeit in der Walzkraft, wobei auf der Abszisse die Dehnung in Einheiten von 0,025 mm und auf der Ordinate die Walzkraft in Tonnen angegeben ist,

F i g. 13a eine schematische Ansicht von zwei Walzen eines Walzgerüsts zur Erläuterung einer theoretischen Lösung bei der Bestimmung der die Walzen eines Walzgerüsts trennenden Kraft,

F i g. 13b eine graphische Darstellung gewisser Eigenschaften der in Fig. 13a dargestellten theoretischen Lösung, wobei auf der Abszisse die Eingangsdicke und auf der Ordinate das Verhältnis von Ausgangsdicke zu Eingangsdicke aufgetragen ist,

Fig. 14 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen einer Familie von ähnlichen Leistungskurven nach F i g. 8 und den verschiedenen Gerüsten eines Walzwerks in Abhängigkeit von verschiedenen Ausgangsdicken des Walzguts,

Fig. 15 eine graphische Darstellung der Dehnungskurve eines Walzgerüsts, wobei auf der Abszisse die Dehnung und auf der Ordinate die Kraft aufgetragen ist, und

Fig. 16 eine graphische Darstellung, die zur Erläuterung der Korrelation der Geschwindigkeitsanforderungen bei der Einstellung eines Walzwerks dient, um sicherzustellen, daß das Walzwerk innerhalb seiner Möglichkeiten betrieben wird, wobei auf der Abszisse die Anzahl der Walzgerüste und auf der Ordinate die Walzgutgeschwindigkeit angegeben ist.

Das in Fig. 1 (Fig. IA und Fig. IB) dargestellte Walzgut ST kann beispielsweise Bandstahl sein. Das Walzgut wird auf eine vorherbestimmte Dicke durch ein Mehrfachwalzgerüst eines Warmwalzwerks gewalzt, wobei jeweils sechs Walzensätze vorgesehen sind. Jedes folgende Walzgerüst verringert die Dicke des Walzguts 57! Die Eingangstemperatur des Walzguts wird von einem Pyrometer P-I angezeigt und die Ausgangstemperatur des Walzgut SiTvon einem Pyrometer P-2. Die Eingangsdicke des Walzguts ST ist durch Daten bestimmt welche von einem Ursprungsort wie einem Vorwalzwerk (nicht abgebildet) geliefert werden, während die Ausgangsdicke durch ein Röntgen-Dickenmeßgerät XR gemessen wird. Das Walzgut wird durch das Walzwerk mit einer Anzahl von Seitenführungen SCM bis SG-7 geführt die entlang der Walzstraße zwischen den Walzen der Walzgerüste angeordnet sind. Jeder Walzensatz ist in einem nicht dargestellten Walzgerüst gelagert und enthält eine angetriebene Arbeitswalze, wie die Walzen RD-i bis RD-6. Diese Arbeitswalzen werden durch zugeordnete Antriebsmotoren DM-X bis DM-6 angetrieben, wobei jeder

Antriebsmotor einen Tachometer SI-1 bis S/-6 aufweist. Die angetriebenen Arbeitswalzen arbeiten mit nicht angetriebenen Arbeitswalzen RI-i bis RI-S zusammen, um die Dicke des Walzguts durch Kräfte zu reduzieren, welche über Stützwalzen ausgeübt werden. Die Stützwalzen BR-t bis BRS arbeiten mit den angetriebenen Arbeitswalzen und die Stützwalzen BI-\ bis BI-6 mit den nicht angetriebenen Arbeitswalzen zusammen.

Auf jeden Walzensatz wird durch eine Anstellschraube Kraft ausgeübt, beispielsweise durch die Schrauben SC-I bis SC-6. Die Lage der betreffenden Schraube ist für die Walzspaltöffnung jedes Walzensatzes kennzeichnend, durch welche das Walzgut ST hindurchgelangt. Die jeweilige Einstellung wird durch Anzeigeeinrichtungen SCI-1 bis SCI-B angezeigt. ι s

Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung zeigt ein Warmwalzwerk an sich bekannter Art. Bei der Vorbereitung des Durchlaufs von Walzgut durch ein Walzwerk dieser Art muß der Operateur Eingangsdaten vorgeben, wie die Einstellung WR-1 bis WR-7 für die Seitenführungen, die Einstellungen S-I bis S-6 für die Geschwindigkeit der Antriebsmotoren sowie die Einstellungen SCR-1 bis SCR-6 der Walzspaltöffnungen. Man muß auch die Röntgenstrahlung mittels einer Steuereinrichtung XRC einjustieren, so daß die Röntgen-Anzeigevorrichtung XRIdie Dicke des austretenden Walzguts genau entsprechend den Materialeigenschaften des Stahls oder des sonst gewalzten Metalls angibt. Die Größe jeder dieser Einstellungen wird vor dem Walzen in erster Linie auf Grund von Statistiken über vorangegangene Durchläufe desselben Materials bestimmt, welche bei gleichen Bedingungen hinsichtlich Temperatur, Ausgangsdicke, Ausgangsgeschwindigkeit, Eingangsdicke und Verteilung von Belastung auf jedes Walzgerüst des Walzwerks erfolgten. Während des Durchgangs nimmt der Operateur (unter Bezugnahme auf die verschiedenen bisher erwähnten Anzeigeeinrichtungen) allmähliche Änderungen zur Korrektur der gewählten Einstellungen von Geschwindigkeit und Walzspaltöffnung für jedes Walzgerüst vor, um die gewünschte Dicke am Ausgang zu erhalten (welche durch die Röntgen-Anzeigevorrichtung XRI angezeigt wird). Die von dem Operateur erzielte Steuergenauigkeit ist entscheidend für die bei dem Walzverfahren erzielten Ergebnisse. Seine Tätigkeit ist in diesem Zusammenhang als spekulative Aufgabe zu bezeichnen.

Um die Wirksamkeit der Steuerung durch den Operateur zu verbessern und dadurch die Herstellung besserer Endprodukte mit einem Warmwalzwerk zu ermöglichen, können gewisse automatische Steuermaßnahmen für die in F i g. 1 dargestellte Anordnung vorgesehen werden. Die Anordnung in F i g. 2 (F i g. 2A bis F i g. 2D) entspricht im wesentlichen derjenigen in Fig. 1. Die Seitenführungen SG-I, SO-2 usw., die Tachometer SM, SI-2 usw. und die Anzeigeeinrichtungen SCM, SCI-2 usw. sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Es wurden hier jedoch gewisse dieser Einrichtungen zugefügt, um sowohl die Qualität des Endproduktes als auch die Sicherheit des Walzvorgangs und des Betriebspersonals zu erhöhen. Beispielsweise wird die Geschwindigkeit jedes der Walzgerüste I bis VI durch eine Regeleinrichtung gesteuert. So wird beispielsweise im Falle des Walzgerüsts I (Fi g. 2A) der Antriebsmotor DM-I, der die Walze RD-i antreibt, über einen Spannungsintegrator SPR-i gespeist, um eine einer Geschwindigkeitseinstellung S-I in Form einer Spannung entsprechende Geschwindigkeit oder Drehzahl mittels einer Rückkopplung von einem Tachometer TA konstant zu halten, das mit der Antriebswalze DR-i gekoppelt ist. F i g. 7 zeigt ein Beispiel, bei dem ein mit einer Walze DR gekoppelter Drehzahlmesser T eine Ausgangsspannung über einen Widerstand R an einen Spannungsteiler liefert, welcher ein Potentiometer P und einen Widerstand R enthält Das Potentiometer P wird dazu verwandt, den Betrag der rückgekoppelten Spannung einzustellen, die für den Integrator SPR-1 (F i g. 2A) eine analoge Ausgangsgröße darstellt. In dieser Weise wird die Drehzahl der Walze RD-i entsprechend der anfänglich eingestellten Spannung konstant gehalten.

Nachdem das Walzgut in die Walzgerüste I bis VI (vgl. F i g. 2) gelangt ist, erfolgt eine weitere Geschwindigkeitssteuerung durch Steuereinrichtungen LP-X bis LP-5, die an den verschiedenen Walzgerüsten angeordnet sind. Die Steuereinrichtungen werden gegen die Unterseite des Walzguts angedrückt und weisen verschwenkbare Hebelarme auf, die an ihren freien Enden Rollen tragen. Liegt eine normale Höhe des Walzguts zwischen jedem Paar von Walzgerüsten vor, wird die Lage jedes Hebelarms für diese Höhe als normal angenommen. Schiingen-Regeleinrichtungen LR-1 bis LR-5 können nicht dargestellte Potentiometer sein, deren bewegliche Abgriffe mechanisch mit den Hebelarmen verbunden sind, so daß die Ausgangsgrößen der Potentiometer den Geschwindigkeits-(Spannungs-)Integratoren SPR-i, SPR-2, SPR-3, SPR-5 und SPR-6 zugeführt werden. Es ist zu beachten, daß der dem Walzgerüst IV zugeordnete Integrator SPRA von keiner dieser Regeleinrichtungen angesteuert wird, da dieses Gerüst normalerweise mit konstanter Drehzahl betrieben wird. Drehzahländerungen auf Grund der Schiingen-Steuerung werden den restlichen Gerüsten I, II, III, V und VI zugeführt.

Falls das Walzgut zwischen den Gerüsten HI und IV durchhängt, was bedeutet, daß die Geschwindigkeit des Gerüsts III im Vergleich zu der Geschwindigkeit des Gerüsts IV zu hoch ist, ändert die Regeleinrichtung LR-3 durch die Steuerung der Einrichtung LP-3 die zum Integrator SPR-3 zurückgeführte Spannung, wodurch die Geschwindigkeit des Gerüsts III verringert wird. Wenn sich andererseits der Durchhang zwischen den Gerüsten III und IV verringert, wodurch angezeigt wird, daß die Geschwindigkeit des Gerüsts III im Vergleich zu der Geschwindigkeit des Gerüsts IV zu niedrig ist, erhöht die von der Einrichtung LP-3 gesteuerte Regeleinrichtung LR-3 die Geschwindigkeit des Gerüsts III. Es ist zu beachten, daß die Regeleinrichtung LR-3 auch eine Spannung zu den Integratoren SPR-i und SPR-2 zurückführt, da beispielsweise eine Änderung der Geschwindigkeit des Gerüsts III, wenn alle anderen Bedingungen gleich bleiben, eine Änderung des Durchhangs des Walzguts zwischen den Gerüsten II und III verursacht.

In ähnlicher Weise führt die Regeleinrichtung LR-A eine Spannung nicht nur zu dem Integrator SPRS zurück, sondern auch zu dem Integrator SPR-6. Während die Schlingen-Steueranordnung der beschriebenen Art in erster Linie dazu dienen soll, ein Übereinanderlegen des Walzguts zwischen den Walzgerüsten zu verhindern, da sonst Fehlwalzungen entstehen, welche den Fluß des Walzguts durch das Walzwerk stören oder verhindern und das Personal als auch das Walzwerk und seine Steuereinrichtungen gefährden, besteht ein zweiter gleich wichtiger Zweck dieser Anordnung darin, das Auftreten einer zu starken Spannung in dem Walzgut zu vermeiden, so daß

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unerwünschte Breitenänderungen des Walzguts nicht auftreten.

Eine weitere automatische Steuereinrichtung ist vorgesehen, um Dickenänderungen des bandförmigen Walzguts aufzuheben, welche durch Temperaturänderung zwischen den Gerüsten, Härteschwankungen des Walzguts, Walzenabnutzung und andere Einflüsse hervorgerufen werden, die während des Walzvorgangs auftreten. Normalerweise sind deshalb an den meisten Gerüsten, beispielsweise an den Gerüsten II bis V, Belastungszellen L-I bis L-4 unter den Stützwalzen BR-2 bis BR-5 vorgesehen, um die Walzkräfte beim Durchgang des Walzguts durch das Walzwerk zu messen. Die Ausgangsgrößen dieser Belastungszellen in der Form von analogen Spannungen werden Integriereinrichtungen GM-I bis GMA für die Dickeneinstellung zugeführt, welche wie die Geschwindigkeits-(Spannungs-)Integratoren ausgebildet sind und denen einstellbare Dickenwerte GR-2 bis GRA zugeführt werden, um die Walzgutdicke in jedem Gerüst entsprechend zu steuern. Eine Anordnung dieser Art ist in der USA.-Patentschrift 27 26 541 beschrieben. Es ist jedoch zu bemerken, daß eine ähnliche Steuerung der Dickenänderung über eine Rückkopplung von der Röntgen-Dickenmeßeinrichtung XR über einen Spannungsintegrator XM vorgenommen werden kann. Das Ausgangssignal des Integrators XM wird dabei den Integratoren für die Dickeneinstellung zugeführt, welche die Walzspaltöffnungen aller betreffenden Walzgerüste steuern, wie es in F i g. 2 angedeutet ist.

Die Ausgangsgrößen der Integratoren für die Dickeneinstellung werden den Anstell-Steuereinrichtungen SR-2 bis SR-5 der Gerüste II bis V zur Einstellung der Walzspaltöffnungen zugeführt. Bei den Gerüsten I und VI werden entsprechend F i g. 2 die Einstellungen für die ,,Walzspaltöffnungen den Steuereinrichtungen SR-i beziehungsweise SRS direkt zugeführt. Die Anstell-Steuereinrichtungen besitzen normalerweise einen Motorantrieb (die Motoren sind nicht dargestellt), um die Walzspaltöffnungen der Gerüste I bis VI durch die Anstellschrauben 5C-1 bis SC-6 einzustellen. Diese Motoren können in an sich bekannter Weise gesteuert werden, beispielsweise durch eine Servosteuerung. Falls aus noch zu erläuternden Gründen es erforderlich ist, für die Walzspaltöffnung eine analoge Spannung abzuleiten, kann auf die Anordnung in F i g. 6 Bezug genommen werden. Hier ist die Anstellschraube SC über ein Getriebe G mit einem Drehfeldgeber 5rMgekoppelt, der über einen Differentialumwandler DT mit einem Drehfeldempfänger SRM verbunden ist, der über Getriebe ^eoder ggzur Abgabe einer analogen Ausgangsspannung mit dem Abgriff eines Potentiometers /Oder einer Anzeigevorrichtung IN verbunden sein kann.

Die beschriebenen automatischen Steuereinrichtungen sind dazu geeignet, insbesondere während der Walzvorgänge, die spekulative Natur der Aufgaben des Operateurs zu verringern. Die Erfindung ermöglicht ein größeres Ausmaß an Automation, so daß der Operateur von der Überwachung der Betriebsweise des Walzwerks und von einer prompten Reaktion, abgesehen von Ausnahmezuständen, entlastet ist. Bei der Einstellung der Steuereinrichtung des Walzwerks vor jedem Durchgang mit verschiedenartigen Anforderungen soll der Operateur möglichst schnell handeln. Dadurch kommt selbst der erfahrenste Operateur in Schwierigkeiten, da sehr viele Bedingungen in dem Walzwerk zu ändern und zu korrigieren sind, die bei verschiedenen Walzprodukten oder von Durchgang zu Durchgang unterschiedlich sein können.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Rechenanlage ist in Fig. 5 (Fig. 5A bis F i g. 5F) dargestellt. Die Erfindung ist allerdings nicht lediglich in der Kopplung einer Rechenanlage mit einer Walzstraße zu sehen, sondern in der Kombination dieser Einrichtungen in Verbindung mit gewissen neuen Konzeptionen, die im folgenden noch erläutert werden ίο und die für das automatische Walzen von Stahlbändern od. dgl. von fundamentaler Bedeutung sind.

Vor der Erläuterung der Merkmale der in Fig.5

. dargestellten Anordnung wird auf die Fig.3 und 4 Bezug genommen. Eine vereinfachte Form eines in F i g. 3 gezeigten Walzgerüsts ist in F i g. 4 dargestellt. Bandstahl ST soll zwischen den Walzen RD und RI gewalzt werden. Eine Belastungszelle L arbeitet mit der Walze RD (oder deren Stützwalze DR) zusammen. Eine Anstellschraube SC greift an der Walze RI (oder an deren Stützwalze BI) an, um die Walzspaltöffnung zwischen den Walzen AD und Ä/einzujustieren. Ferner ist jeweils ein Antriebsmotor DM, ein Geschwindigkeits-(Spannungs-)Integrator SPR mit einer Eingangsgröße S und ein Dicken-(Spannungs-)Integrator GM mit einer Eingangsgröße GR vorgesehen. Die Rückkopplung von der Belastungszelle L zum Integrator GM ist ebenfalls dargestellt. Die in F i g. 3 dargestellte Schiingen-Steuereinrichtung ist jedoch in den Fig.4 und 5 der Einfachheit halber nicht gezeigt. In entsprechender Weise ist die in F ί g. 3 dargestellte Rückkopplung des Tachometers T, die zum Geschwindigkeits-(Spannungs-)Integrator SPR geführt ist, in den F i g. 4 und 5 als Ergänzung zu denken. Entsprechendes gilt für die Anstell-Steuereinrichtung SR und die Anzeigeeinrichtung SPI für die Lage der Anstellschraube. Insbesondere im Hinblick auf F i g. 5 sei bemerkt, daß punktierte Linien normalerweise manuelle oder Operateur-Daten, gestrichelte Linien die übrigen Eingangsdaten nichtmanueller Art, strichpunktierte Linien aufzuzeichnende Daten und ausgezogene Linien Ausgangsgrößen oder Steuer-Ausgangsdaten anzeigen.

In Fig.5 ist ein Warmwalzwerk dargestellt, in dem

als Walzgut Bandstahl 20 gewalzt wird. Es sind sechs Walzgerüste vorgesehen, die angetriebene untere Arbeitswalzen 22, 24, 26, 28, 30 und 32 und damit zusammenarbeitende, angetriebene obere Arbeitswalzen 21, 23, 25, 27, 29 und 31 aufweisen, zwischen denen das Walzgut 20 durchläuft. Seitenführungen 33, 34, 35, 36, 37, 38 und 39 entlang des Weges des Walzgutes 20 ergeben Begrenzungen für den Kantenverlauf des Walzguts 20. Alle Seitenführungen werden unabhängig voneinander von der Ausgangsschaltung 112 der Rechenanlage angesteuert. Die Walzen 21 bis 32 werden von Antriebsmotoren 40 bis 45 angetrieben. Die Spannungsversorgung dieser Motoren erfolgt über Geschwindigkeits-(Spannungs-)Integratoren 58 bis 63. Jeder Integrator wird unabhängig von der Ausgangsschaltung 112 der Rechenanlage angesteuert. Die Anstellschrauben 46 bis 51 dienen zur Einstellung der Walzen 21 bis 31, um die Walzspaltöffnungen zwischen diesen Walzen und den Walzen 22 bis 32 einzustellen. Die Anstellschrauben 46 bis 51 werden über Dicken-(Spannungs-)Integratoren 64,66,67,68, 69 beziehungsweise 65 gesteuert. Alle Integratoren werden unabhängig voneinander von der Ausgangsschaltung 112 der Rechenanlage angesteuert. Die Belastungszellen 52 bis 57 zur Messung der Belastungskräfte sind den Walzen 22 bis 32 zugeordnet. Jede Belastungszelle liefert eine

unabhängige Eingangsgröße zu der Eingangsschaltung 111 der Rechenanlage. Die Belastungszellen 52, 53 und 57 liefern auch Eingangsgrößen an die Steuerschaltung 110 der Rechenanlage. Die Belastungszellen 53 bis 56 weisen eine Rückkopplung (automatische Dickensteuerung)' zu den Integratoren 66 bis 69 für die Dickeneinstellung auf. Jeder dieser zuletzt erwähnten Integratoren erhält ebenfalls ein Eingangssignal von einem Röntgen-(Spannungs-)Integrator 70, welcher von einer Röntgen-Dickenmeßeinrichtung 71 gespeist wird, sowie von der Ausgangsschaltung 112 der Rechenanlage. Die Röntgen-Dickenmeßeinrichtung 71 liefert auch ein Eingangssignal an die Eingangsschaltung 111 der Rechenanlage und wird selbst von der Ausgangsschaltung 112 der Rechenanlage üver 71a gespeist

Vor dem Eintritt in die Arbeitswalzen wird das Walzgut 20 in einem Vorwalzgerüst 22 mit Walzen 74 und 75 bearbeitet. Das Vorwalzwerk ist mit einer Einrichtung 77 zum Messen der Breite des eintretenden Walzguts 20 und mit einer Dickenmeßeinrichtung 78 zum Messen der Dicke des eintretenden Walzguts 20 versehen. Jede dieser Meßeinrichtungen liefert ein Eingangssignal an die Eingangsschaltung 111. Ferner ist ein Relais 76 vorgesehen, um der Eingangsschaltung 111 ein Signal zuzuführen, wenn das Walzgut 20 zwischen den Walzen 74 und 75 austritt. Bevor das Walzgut 20 in das erste Gerüst des Walzwerks zwischen die Walzen 21 und 22 eintritt, wird seine Temperatur von einem Pyrometer 80 gemessen, das ein Eingangssignal an die Eingangsschaltung 111 abgibt. Das Walzgut wird vorher zwischen zwei Walzen 79 durchgeführt, die zur Entzunderung dienen.

Nachdem das Walzgut den letzten Walzensatz mit den Walzen 31 und 32 verläßt, passiert es eine Nachweiseinrichtung 81 für heißes Metall, die ein Eingangssignal an die Steuerschaltung 110 der Rechenanlage liefert, eine Breitenmeßeinrichtung 82, die ein Eingangssignal an die Eingangsschaltung 111 der Rechenanlage liefert, und ein Pyrometer 83, das ebenfalls ein Eingangssignal an die Eingangsschaltung 111 der Rechenanlage liefert. Eine weitere Nachweiseinrichtung 84 für heißes Metall liefert ein Ausgangssignal an die Steuerschaltung 110 der Rechenanlage. Das bandförmige Walzgut 20 wird dann gegebenenfalls einer Trommel 73 zugeführt, auf der es aufgewickelt wird. Die Anzeigeeinrichtungen für die Lage der Anstellschrauben, die für die Walzspaltöffnungen verantwortlich sind, sind für jedes Paar von Walzen vorgesehen, wie es durch Spannungs-Anzeigegeräte 85 bis 90 angedeutet ist. Jedes dieser Anzeigegeräte liefert ein Eingangssignal an die Eingangsschaltung 111 der Rechenanlage.

Die Walzen 22 bis 32 sind jeweils direkt mit den Tachometern 103 bis 108 verbunden. Alle Tachometer geben unabhängig voneinander Eingangssignale an die Eingangsschaltung 111 ab. Die Antriebsmotoren 40 bis sind mit Meßeinrichtungen 91 bis 96 für den Motorstrom versehen, wovon jede unabhängig (als Spannungsabfall) ein Eingangssignal an die Eingangsschaltung 111 liefert. Es sind ferner Einrichtungen für jeden Antriebsmotor in Form von Spannungs-Aufzeichnungsgeraten 97 bis 102 vorgesehen, die Eingangssignale an die Eingangsschaltung 111 liefern. Die zugeführten Spannungen werden durch die Rechenanlage geführt und in einer peripheren Einrichtung 118 aufgezeichnet, beispielsweise durch eine Schreibmaschine oder auf einem Magnetband.
Eine manuelle Steuereinrichtung 115 liefert Eingangsgrößen, beispielsweise Korrekturen für den Walzendurchmesser wegen einer früher festgestellten Abnutzung der Arbeitswalzen, an die Eingangsschaltung 111. Daten vpn einem peripheren Speicher 116 können der Eingangsschaltung 111 zugeführt werden, um die in einem Speicher 113 der Rechenanlage enthaltenen Daten zu ergänzen. Die Ausgangsschaltung 112 der Rechenanlage liefert auch Signale an periphere Audio- und Video-Einrichtungen 117, so daß bei Überschreitung von später noch näher zu erläuternden Grenzwerten der Funktionen des Walzwerks ein Alarm für den eine Überwachungsfunktion ausübenden Operateur gegeben wird.

Beim Walzen von Bandstahl sind drei grundsätzliche Gesichtspunkte zu beachten: 1. Der Bandstahl muß eine endliche Breite haben. 2. Es muß eine Spaltöffnung zwischen den Walzen vorhanden sein. 3. Der Bandstahl muß sich zwischen den Walzen in Bewegung befinden, muß also eine gewisse Geschwindigkeit haben. Bei einem Walzwerk mit mehreren Walzgerüsten ist deshalb das Produkt aus Breite, Dicke und Geschwindigkeit an irgendeinem Gerüst gleich dem Produkt aus Breite, Dicke und Geschwindigkeit an einem anderen Gerüst, da das Walzgut von Gerüst zu Gerüst weiter reduziert wird. Diese Produktgröße wird als Massenfluß bezeichnet. Da die Breite konstant gehalten wird, gilt die Beziehung:

hi · Vi = fa

konstant.

Dabei ist Λ/die Dicke in dem betreffenden Gerüst und Vi die Geschwindigkeit im selben Gerüst. Wenn beispielsweise die Austrittsgeschwindigkeit Ve aus einem Walzwerk mit sechs Walzgerüsten sowie die Austrittsdicke fa am letzten Gerüst bekannt sind, können die Gerüstgeschwindigkeiten der anderen belasteten Gerüste durch die obige Beziehung ermittelt werden.

Bei einem automatisierten Walzverfahren gemäß der Erfindung umfaßt der Walzvorgang in dem Walzwerk nicht nur die automatische Dickensteuerung, Geschwindigkeits-Regelung und Schiingensteuerung, wie oben beschrieben, sondern auch die Steuerung der Einstellung des Walzwerks durch eine Rechenanlage. Diese Einstellung wird von einem mathematischen Modell und nicht nur von gespeicherten Einstellungen in den Speichereinheiten der Rechenanlage abgeleitet. Die Anforderungen an das mathematische Modell sind auf die Fähigkeit gegründet, die gesamte Walzbelastung in verschiedener Weise zu verteilen.

Die Walzwerk-Einstellung erfordert, daß die Staffelung der Dickenabnahme zwischen den Gerüsten, die Gerüstgeschwindigkeiten und die unbelasteten Walzspaltöffnungen der einzelnen Gerüste als Funktion der folgenden Größen berechnet werden können:

Eintrittsdicke; Eintrittstemperatur;
Austrittsgeschwindigkeit; Breite;
Austrittsdicke; Belastungsverteilung;
Art des Materials (Stahlgüte).

Grundsätzliche Daten für die Berechnung von Walzwerkeinstellungen sind in der Rechenanlage in Form von Leistungs- und Kraftkurven der in F i g. 8 und 9 dargestellten Art gespeichert. Diese Figuren betreffen eine willkürlich ausgewählte Stahlgüte. Die Kurven für andere Stahlsorten ergeben sich durch einen Multiplikator für die betreffende Stahlsorte. Zunächst werden eine Leistungskurve und eine Kraftkurve für jeden Standard-

Dicken-Klassifikationsbereich aus Kraft- und Leistungsmessungen erstellt, die von Nachweiseinrichtungen in dem Walzwerk während des Walzens von Stahl auf eine willkürlich gewählte Dickenabmessung innerhalb des gegebenen Dicken-Klassifikationsbereichs abgeleitet werden. Diese Kurven werden für eine gegebene Breite und Austrittsgeschwindigkeit bei einer bekannten Eintrittstemperatur aufgenommen. Um diese Kurven in der Rechenanlage ausnützen zu können, werden hyperbolische Approximationen der in Fig. 10 dargestellten Art konstruiert, so daß eine Kurve A den Gerüsten 6,5 und 4, eine Kurve B den Gerüsten 4,3 und 2 und eine Kurve C den Gerüsten 2 und 1 eines Walzwerks mit sechs Gerüsten angepaßt ist. Jede hyperbolische Kurve besitzt die folgende Form:

F₁ =

Ci+*,

Dabei ist Z, die kumulative Eingangsleistung bis zu irgend einem Gerüst /(kW bezogen auf die Einheitsbreite, zum Beispiel in cm); F-, die kumulative Walzkraft bis zu dem Gerüst / (Tonnen pro Einheitsbreite, zum Beispiel in cm) und A/die Austrittsdicke am Gerüst i.

Um die Leistungs- und Kraftkurven auszunützen, speichert die Rechenanlage drei Koeffizienten bo, b\ und b\ für jeden der Abschnitte A, B oder C der Leistungskurve und drei Koeffizienten cn, c\ und Ci für jeden der Abschnitte A, ßoder Cder Kraftkurve.

F i g. 11 zeigt die Änderungen einer Leistungskurve in Abhängigkeit von Änderungen der Temperatur des Walzguts und der Austrittsgeschwindigkeit des Walzguts, wobei die gesamte Leistung direkt mit der Geschwindigkeit und umgekehrt mit der Temperatur ansteigt. Die Kurve K bezieht sich auf Normalzustände hinsichtlich Geschwindigkeit und Temperatur. Die Kurve / zeigt eine Erhöhung der Geschwindigkeit, während die Kurve M eine Erhöhung der Temperatur erläutert. Es ist zu beachten, daß bei Kraftkurven die gesamte Kraft mit steigender Geschwindigkeit abfällt, obwohl dadurch der Betrag der Deformation erhöht wird, da bei höheren Geschwindigkeiten das Walzgut in ein Gerüst mit einer höheren Temperatur eintritt, woraus eine Verringerung der gesamten Walzkraft resultiert.

Die Rechenanlage modifiziert die grundlegenden Leistungs- und Kraftwerte, welche von den in der Rechenanlage gespeicherten Daten bestimmt sind, um eine Korrektur hinsichtlich von Abweichungen der Platinentemperatur und des Massenflusses zu ermöglichen. Dabei werden folgende Beziehungen verwandt:

F' = F_Basis-WK_G

MF

P' = Peas* ■ WK_G ■

wobei

— die Walzen trennende Gesamtkraft (Tonnen);

— die Walzendruckkraft (Tonnen) pro Längeneinheit der Breite (cm) für eine zugrunde liegende Stahlgüte und einen gegebenen Bereich von Austrittsdicken;

Kt Mf

MFb

Breite des Walzguts (cm);
Stahlgüte-Multiplikator (1,0 für die zugrunde liegende Stahlgüte);

Massenfluß-Multiplikator (dimensionslos);
Temperatur-Multiplikator (% pro 100°C);
Massenfluß (cm) · Geschwindigkeit (cm/ min) · k\ (dimensionsloser Multiplikator);
zugrunde liegender Massenfluß der gespeicherten Leistungskurve (cm · cm/min) ■ ki (dimensionsloser Multiplikator);
tatsächliche Platinentemperatur (⁰C);
in den Leistungs- und Kraftkurven angegebene Platinentemperatur (° C);
gesamte Leistung (kW);

Leistung pro cm der Breite pro Einheit des Massenflusses für die zugrunde liegende Stahlgüte in einem gegebenen Bereich der Austrittsdicke.

Wegen der Fertigform des Bandstahls kann der Operateur durch manuelle Eingangsgrößen die im Gerüst 6 vorzunehmende Reduktion auswählen. Deshalb ist As durch die folgende Beziehung bestimmt:

wobei

hs — Austrittsdicke am Gerüst 5 (cm);
he = Austrittsdicke am Gerüst 6 (cm) und
r₆ = Reduzierung im Gerüst 6 (%/100).

Die Gesamtleistungskurve K in F i g. 11 ist zum Beispiel für Bandstahl gültig, welcher bei einer gegebenen Austrittsdicke bei einer gegebenen Temperatur gewalzt wird. Unter Bezugnahme auf die Leistungskurve in Fig.8 ist zu bemerken, daß der Schnittpunkt der Kurve mit der Abszisse die Eintrittsdicke des Bandstahls kennzeichnet, was auch für die Kurve K in F i g. 11 zutrifft Die Kurve M in F i g. 11 kann als eine Verschiebung des Ordinatenwerts für eine Änderung der Eintrittstemperatur betrachtet werden.

Andererseits ist der Einfluß der Breite und der Walzgeschwindigkeit praktisch linear und wurde für Zwecke des Walzvorgangs aufgenommen, indem die erforderliche Leistung auf einen Einheits-Massenfluß bezogen wurde. Trotzdem ist die zum Reduzieren von Bandstahl erforderliche Leistung offensichtlich eine Funktion der Temperatur an jeder Stelle des Walzwerks, also nicht nur eine Funktion der Eintrittstemperatur, die als einzige vor der Einstellungsberechnung für das Walzwerk gemessen werden kann. Der beim Lauf des Walzguts durch das Walzwerk auftretende Temperaturabfall hängt von der Geschwindigkeit des Walzguts, der Art des Vorschubs in dem Walzwerk, der Menge des verwandten Kühlwassers usw. ab. Folglich ist eine genaue Analyse oder Berechnung des Temperaturgefälles äußerst schwierig. Es besteht jedoch eine Korrelation zwischen diesen Variablen und der Austrittsdicke des Walzguts. Folglich kann die Austrittsdicke als zusätzlicher Parameter einer Leistungskurve der in F i g. 14 dargestellten Art zugezogen werden. Dies führt zu einer Reihe oder Familie von Leistungskurven für jede Stahlart

Unter Ausnutzung dieser Leistungskurven können in der Annahme, daß der Massenfluß für ein gegebenes

5 wobei

5b

Walzgut konstant ist, in die Leistungskurven die bekannte Eintritts- und Austrittsdicke eingesetzt werden, um die gesamte Leistung pro Einheits-Massenfluß zu erhalten, welche zur Gesamtreduzierung erforderlich ist. Die gesamte Leistung kann auf die Gerüste des Walzwerks entsprechend der Spezifikation des Operateurs verteilt werden. Zur Bestimmung der Zwischengerüstdicken wird die Leistungskurve, die eine derartige Lastverteilung gewährleistet, wieder eingegeben, um die Reduzierung des Walzguts durch jedes Gerüst zu bestimmen. h_out

Die Annahme eines konstanten Massenflusses ermög- F licht die Berechnung der Walzgutgeschwindigkeit an F(Face) der Ausgangsseite jedes Gerüsts aus der gewünschten Austrittsdicke und Austrittsgeschwindigkeit sowie den 15 [(F₁F(Fi bestimmten Zwischengerüstdicken. Ein Fließpressen des Stahls beim Durchgang zwischen den Walzen eines Walzgerüsts verursacht jedoch, daß die Geschwindigkeit des auftretenden Walzguts größer als die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen ist, was als Vorwärtsschlupf 5f bezeichnet wird:

keine elastische Rückbildung nach dem Walzen zeigt, gilt die folgende Beziehung:

So = So(Face) + h_Out ~ f(F, F(Fa

= Einstellung der Anstellschraube, positiv

(mm),
= Einstellung der Anstellschraube an der

Stirnfläche (mm),

= Banddicke am Ausgang des Gerüsts (mm), = die Walzen trennende Kraft (t),
= die Walzen trennende Kraft an der

Stirnfläche (t),
))=¹ Walzwerkdehnung (mm).

20 Normalerweise ist die Einstellung der Anstellschraube für So(Face) gleich Null. Deshalb kann dieser Ausdruck gestrichen werden, so daß die Walzwerkdehnung als Funktion einer Kraft ausgedrückt werden kann. Wenn die Walzwerkdehnung linear wäre, dann wäre

s,=

V_n-V,

f (F'F (Face)) =

F-F₁

(Face)

Vo die Walzgutgeschwindigkeit aus einem Walzgerüst und

V_n die Geschwindigkeit an einer Stelle ist, an welcher die Walzgutgeschwindigkeit und die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen gleich sind.

5/ verläuft nahezu linear mit der Reduzierung des Walzguts für äquivalente Spannungen auf jeder Seite eines Walzgerüsts. Da die Reduzierung durch jedes Walzgerüst bekannt ist, kann die neutrale Walzgeschwindigkeit V_n durch die folgende Beziehung bestimmtwerden:

35

40

V =

k_sr

k_s eine Proportionalitätskonstante zwischen Schlupf

und Reduzierung und
r der Reduzierungsfaktor ist.

Obwohl diese Beziehung für alle praktischen Zwecke bei einer Steuerung durch eine Rechenanlage geeignet erscheint, hat die Praxis jedoch gezeigt, daß der Vorwärtsschlupf 5/ als eine Konstante in jedem Gerüst betrachtet werden kann, so daß

V_n = V₀Z(I + s),

wobei s = 0,05 für die ersten fünf Gerüste eines Walzwerks mit sechs Gerüsten und 5 = 0,02 für das letzte Gerüst.

Da die Walzen und der Ständer jedes Walzgerüsts in der Praxis elastisch sind, verflachen sich die Walzen, während sich das Gehäuse unter den Walzkräften dehnt, so daß die Dicke des Walzguts größer als die Walzspaltöffnung ist. Dieser sogenannte elastische Walzensprung ist eine Funktion der Walzendruckkraft. Wenn deshalb angenommen wird, daß das Walzgut

45 wobei M = Federkonstante des Walzwerkgehäuses und der Walzen (t pro mm).

Versuchsergebnisse haben gezeigt, daß die Beziehung zwischen Dehnung und Kraft jedoch nicht linear ist, wie in F i g. 12 angedeutet ist. Da die Walzen im statischen Zustand abgeflacht sind, ergibt sich eine negative Dehnung, wenn F= F(Facey

Eine komplizierte Dehnungskurve ist in Fig. 15 dargestellt. Die errechnete Dehnung weist einen Fehler auf, wenn die gespeicherte Dehnungskurve nicht die tatsächliche Dehnung liefert. Im allgemeinen wird die experimentelle Modul-Kurve als Dehnungskurve verwandt, obwohl einige experimentelle Ergebnisse anzeigen, daß diese nicht immer mit der Dehnung identisch ist. Der Einfachheit halber soll angenommen werden, daß die Dehnungskurve konstant ist, obwohl sie sich mit der Walzengröße, Geschwindigkeit und Breite ändern kann. In Fig. 15 ist eine Kurve mit einem Anstieg m dargestellt, die geradlinig verläuft. In dieser Verbindung sind gewisse Definitionen zu beachten, die auf der Tatsache beruhen, daß

Ao = So + str,

wobei

55

60

65 ho die berechnete Dicke bei einem Gerüst,
So die unbelastete Walzspaltöffnung und
str die Dehnung ist.

Wenn sich die Walzen' gerade berühren, ist 5b* = Null, und bei Stirnbelastung ist 5b = Null. Daraus ergibt sich, daß A₀ = S₀* + STR, wobei S₀* = S₀ - K₂ (vgl. Fig. 15). Deshalb ist STR = K₂ - str (vgl. Fig. 15).

Obwohl die Dicke zwischen den Gerüsten bestimmt ist, wie oben erläutert wurde, wird dieser Wert nicht unbedingt als Walzspaltöffnung-Bezugsgröße im Hinblick auf alle sechs Walzgerüste in F i g. 5 verwandt. Da das Walzwerk nichtlinear ist, wie in F i g. 12 angedeutet ist, und da die in Verbindung mit F i g. 2 beschriebene Einrichtung zur Dickensteuerung (F i g. 5) linear arbeitet, indem ihre Meßspannung Vk_Y als linear angenommen wird (Spannung der Belastungszelle in V pro cm

609 537/1

Dehnung), unterscheidet sich die tatsächliche Dehnung von der linearen und die Walzspaltöffnung-Bezugsgröße unterscheidet sich von der gewünschten Dicke zwischen den Gerüsten. Jedoch gilt die Beziehung:

Ks =

I, _
"rei ~

+ - Dehnung,

'kv

¹ '

(Face)

wodurch eine Korrektur der Dickensteuerung im Hinblick auf die Dehnungskurve gegeben ist. Die Spannungen Vkv werden normalerweise von den Dicken-Integratoren aller sechs Gerüste (in Beziehung auf F i g. 5) zugeführt, um eine periodische Speicherung in der Rechenanlage zu ermöglichen.

Die Bestimmung der geeigneten Walzspaltöffnung (Einstellung der Anstellschrauben) ist von der Berechnung der die Walzen trennenden Kraft abhängig (vgl. US-Patentschrift 27 26 541). Es wurde ferner festgestellt, daß die die Walzen trennende Kraft gegeben ist durch

wobei

T das Walzdrehmoment (f · cm) und a ein theoretischer Hebelarm ist,

wie in Fig. 13a dargestellt. Da die von einem Gerüst benötigte Leistung zur Durchführung der gewünschten Reduzierung durch Leistungskurven bestimmt werden kann, und in entsprechender Weise auch die Geschwindigkeiten der Gerüste, kann das gesamte Drehmoment durch Division der Leistung durch die Geschwindigkeit gefunden werden. Da der Wirkungsgrad des Walzwerks verhältnismäßig konstant ist, kann angenommen werden, daß das Walzmoment einen bestimmten Prozentsatz des gesamten Moments beträgt. Der Hebelarm a ist direkt proportional der projizierten Bogenlänge L der undeformierten Walzen (F i g. 13a), weshalb die Länge L der Quadratwurzel des Produkts aus Radius R und des Unterschieds zwischen der Eintrittsdicke H\ und der Austrittsdicke Hi proportional ist. Das Verhältnis des Hebelarms a zu der projizierten Bogenlänge L ist in Fig. 13b dargestellt; es ist anscheinend nur eine Funktion der Dickenabmessung des Bandstahls am Eingang eines Gerüsts (für eine spezielle Stahlqualität), was aus dem Abschnitt mit den punktierten Linien ersichtlich ist.

Eine visuelle Beobachtung eines im Betrieb befindlichen Walzwerks zeigt jedoch, daß die mechanischen Spannungseinwirkungen den Motor-Leistungsbedarf des Walzwerks wesentlich mehr als die die Walzen trennende Kraft beeinflussen. Die die Walzen trennende Kraft kann als eine direkte Funktion der Dickenabmessung angegeben werden, wodurch die Verwendung der Leistungskurve für diese Zwecke vermieden wird. Deshalb kann die gesamte Kraftsumme, welche zum Reduzieren der Einheitsbreite des Walzguts auf eine gegebene Dicke erforderlich ist, in derselben Weise wie bei der Leistungskurve in Fig. 14 ausgedrückt werden, wobei Temperaturgefälle in dem Walzwerk und Korrekturen der Eintrittstemperatur eingeschlossen sind. Eine Erhöhung der Eintrittstemperatur bewirkt eine Verschiebung der Kraftkurve nach unten, wie aus der gestrichelten Kurve in F i g. 9 ersichtlich ist.

Unter Berücksichtigung der erwähnten Beziehungen und unter Bezugnahme auf die F i g. 5 soll die Folge von Einstellungsberechnungen zum Walzen von Bandstahl im folgenden näher erläutert werden:

Ein Signal vom Relais 76 wird zu der Steuereinrichtung 110 zum Auslösen des Einlesens der Eingangsgrößen in die Eingangsschaltung 111 geleitet, wodurch ι ο angedeutet wird, daß das Walzgut zum letztenmal durch das Vorwalzwerk 72 geführt wurde.

Die Austrittsbreite und Austrittsdicke von dem . Vorwalzwerk werden der Eingangsschaltung 111 von der Breitenmeßeinrichtung 77 und der Dickenmeßeinrichtung 78 zugeleitet. Diese Einrichtungen sind Drehfeldgeber, welche an den seitlichen und den horizontalen Anstellschrauben des Vorwalzwerks befestigt sind.

Die Seitenführung 33 wird so über die Ausgangsschaltung 112 eingestellt, daß sie der Eintrittsbreite des Walzguts entspricht. Die Rechenanlage gibt diese Information entsprechend dem Empfang von der Meßeinrichtung 77 weiter.

Das Pyrometer 80 liefert seinen Meßwert an die Eingangsschaltung 111.

Über die manuell betätigbare Steuereinrichtung 115 gibt der Operateur Daten ein. Ein vorprogrammierter peripherer Speicher 116 kann ebenfalls Daten eingeben. Eingabedaten sind die Austrittsgeschwindigkeit und die gewünschte Austrittsdicke aus dem Walzwerk sowie die Stahlqualität. Die Eingabedaten werden der Eingangsschaltung 111 zugeführt.

Die Rechenanlage wählt dann von dem Speicher 113 die gespeicherten Koeffizienten der Leistungs- und Kraftkurve aus, welche für die zu walzenden Abmessungen geeignet sind.

Über die vom Operateur manuell bedienbare Steuereinrichtung 115 oder über den peripheren Speicher 116 wird die Reduzierung des Gerüsts VI eingestellt (Walzen 31 und 32) sowie die gewünschten Abweichungen von der normalen Belastungsverteilung zwischen den Gerüsten I bis V, da der Leistungsbedarf dieser Gerüste in der dargelegten Weise bestimmt ist. Diese Eingangsgrößen werden der Eingangsschaltung 111 zugeführt, wobei die gesamte Leistung durch die gespeicherten Koeffizienten der Leistungskurve be- ¹J stimmt ist Beispielsweise kann die Berechnung durch I die Recheneinheit 114 lauten: \

Gerüste
I II

III

IV

Operateur oder 5 4 5 5 5

periphere Schaltung

Gespeicherter Ko- 6 4 4 2 1

effizient (normal)

Gespeicherte Kon- 10 10 10 10 ■ 10 stante

Insgesamt für fünf 21 18 19 17 1.6 Gerüste - 91
Bruchteil der Gesamt- 0,231 0,198 0,209 0,187 0,186 belastung pro Gerüst

Die Rechenoperation in der Recheneinheit 114 proportioniert die gesamte Leistung zwischen den Gerüsten I bis V, um eine Stromverteilung (Ampere)

über die Strommeßeinrichtungen 91 bis 95 zu erreichen, welche Einrichtungen Signale an die Eingangsschaltung 111 abgeben. Aus den gespeicherten Koeffizienten der Leistungskurve im Speicher 113 bestimmt die Rechenoperation der Recheneinheit 114 entsprechende Austrittsdicken zwischen den Gerüsten. Die einzelnen Gerüstgeschwindigkeiten werden danach berechnet, wie bereits beschrieben, und zwar aus der Austrittsgeschwindigkeit des Walzwerks und den Zwischengerüstdicken sowie der Ausf rittsdicke. ι ο

Unter Verwendung der Zwischengerüstdicken sowie der Walzwerksaustrittsdicke und der Koeffizienten der Kraftkurve, welche im Speicher 113 gespeichert sind, wird die Walzkraft für jedes Gerüst durch die Recheneinheit 114 in der oben beschriebenen Weise berechnet.

Unter Verwendung dieser Walzkräfte und der sogenannten Dehnungsdaten für jedes Gerüst, welche vorher im Speicher 113 (welcher die Walzwerkdehnung zu der die Walzen trennenden Kraft in Beziehung setzt) gespeichert wurden, wird die unbelastete Walzspaltöffnung jedes Gerüsts aus der oben beschriebenen Gleichung berechnet. Diese Daten werden von der Ausgangsschaltung 112 zu den Dickenintegratoren 64 bis 69 gegeben. Die Anzeigegeräte 85 bis 90 für die Stellung der Anstellschrauben geben vergleichbare Daten an die Eingangsschaltung 111, um die Dickenintegratorkorrekturen durchzuführen.

Die einzelnen Gerüstgeschwindigkeiten werden in der erwähnten Weise von den bestimmten Zwischengerüstdicken durch die Recheneinheit 114 bestimmt und von der Ausgangsschaltung 112 zu den Geschwindigkeitsintegratoren 58 bis 63 übertragen. Die Breitendaten werden ebenfalls den Seitenführungen 34 bis 39 von der Ausgangsschaltung 112 übermittelt.

Es ist zu beachten, daß die oben erwähnten Rechenoperationen anfänglich erfolgen, bevor die Eintrittstemperatur des Walzguts von dem Pyrometer 80 eingegeben wird, um dadurch Walzwerk-Einstellzeit zu ersparen. Es findet ein willkürlicher Wert der Eintrittstemperatur Verwendung, welcher aus vorhergehenden Durchläufen des Walzwerks abgeleitet wurde. Dies hat mit der Auswahl der Leistungs- und der Kraftkurven zu tun, welche von den gespeicherten Kurven ausgewählt wurden. Deshalb kann eine Neueinstellung entsprechend den obenerwähnten Richtlinien erfolgen, nachdem die Eintrittstemperatur von dem Pyrometer 80 erhalten wurde. Jedoch werden viele Schritte bei der zweiten Berechnung nicht geändert, so daß der Gesamtwirkungsgrad des Vorgangs verbessert ist.

Nach dem Eintritt des Walzguts zwischen den Walzen 21 und 22 des Gerüsts I erfolgt ein Vergleich zwischen der berechneten Dicke und der gemessenen Dicke am Gerüst I, d.h. die Istdicke wird bestimmt aus der Ausgangsgröße der Belastungszelle 52 (in der bereits erwähnten Weise, die in Verbindung mit einer automatischen Meßgrößensteuerung unter Bezugnahme auf die US-Patentschrift 27 26 541 erläutert wurde). Diese Größe wird der Steuerschaltung 110 zugeführt. Falls die berechneten Dicken aus dem Gerüst I vorherbestimmte Grenzen überschreiten (welche im Speicher 113 enthalten sind, zum Beispiel plus oder minus 0,08 mm), und zwar im Vergleich zu den gemessenen Dicken, wird die Walzwerkeinstellung auf der Basis dieses Vergleichs erneut ausgearbeitet. Die Walzspaltöffnungen und die Geschwindigkeiten der folgenden Gerüste werden entsprechend neu einjustiert, indem die berechneten Dicken aufgrund der am Gerüst I gemessenen Dicke neu errechnet werden.

Da die Leistungs- und Kraftkurven von den Daten bestimmt sind, die von einem speziellen Band (oder einer Bramme) nach vollständiger Anstelleinstellung des Walzwerks abgeleitet sind, entspricht beispielsweise die für das Gerüst I vorausgesagte Kraft der im Gerüst I beobachteten Kraft, wenn eine Anstelleinstellung des gesamten Walzwerks erfolgte. Diese Kraft ist jedoch höher als die beobachtete, wenn nur eine Anstelleinstellung des Gerüsts I erfolgte, weil sich dann das Walzgut auf einer höheren Temperatur befindet, als dies bei einer Anstelleinstellung des gesamten Walzwerks der Fall wäre. Eine Korrektur erfolgt deshalb durch Erhöhung der gemessenen Kraft in dem Gerüst I durch einen Faktor (normalerweise 10%), um den Temperaturabfall zu berücksichtigen der von dem Gerüst I zu den übrigen Gerüsten auftritt. Der resultierende Wert wird als Dehnungsfaktor des Walzwerks verwandt, der für jedes Walzgut auf seinen richtigen Wert korrigiert ist.

Wenn ein Fehler in der Meßgröße im Gerüst I vorlag, wie oben erwähnt, wird dieser Fehler unter die Gerüste II bis V aufgeteilt, was zu neuen Bezugsgrößen zwischen den Gerüsten führt, die dazu Verwendung finden, die Kraftkurven heranzuziehen, um neue Kräfte, Bezugsgrößen für Anstellschraubeinstellungen und Dicken-Bezugsgrößen für die Gerüste II bis V zu berechnen. Da die Reduzierung des Gerüsts VI und die Austrittsdicke festliegen, bleiben die Geschwindigkeit und die berechnete Dickenabmessung auf der Austrittsseite des Gerüsts V konstant, während sich die Geschwindigkeiten der Gerüste I bis IV ändern können, um einen konstanten Massenfluß aufrecht zu erhalten.

Die Walzendurchmesser und die Walzwerkgehäuse ändern ihre Abmessungen mit der Temperatur. Wenn die Walzspaltöffnungen zuerst entsprechend Berechnungen der Recheneinheit 114 eingestellt werden, ist deshalb die tatsächliche öffnung geringer für eine heiße Walze (größerer Durchmesser) als für eine kalte Walze (kleinerer Durchmesser). In entsprechender Weise ist die tatsächliche öffnung für ein Walzwerkgehäuse kleiner, das erhitzt wurde. Daten werden deshalb abgeleitet, indem die Massenfluß-Beziehung und die Dehnungsbeziehungen (Sb = h,- — Dehnung) entsprechend den obigen Ausführungen ausgenutzt werden, wovon (über einen nicht dargestellten Integrierverstärker) eine exponentiell ansteigende Spannung mit einer Zeitkonstanten (zum Beispiel 25 Sekunden) abgeleitet wird, wenn das Walzgut sich zwischen den Walzen befindet; eine exponentiell abfallende Spannung mit einer Zeitkonstanten (zum Beispiel 200 Sekunden) wird abgeleitet, wenn sich das Walzgut nicht zwischen den Walzen befindet. Entsprechende Vorkehrungen werden für die Gesamterhitzung und Abkühlung der Walzwerkgehäuse getroffen, wobei Zeitkonstanten mit exponentiellen Beziehungen im Hinblick auf das Erhitzen und Abkühlen der Walzwerkgehäuse und der Struktur während längerer Zeitspannen ausgenutzt werden. Während der Einstellungsberechnungen sind diese Abweichungen in den Berechnungen in der Recheneinheit 114 in Form von Korrekturen für die berechneten Walzspaltöffnungen enthalten und werden geeignet auf jedes Gerüst verteilt

Unter gewissen Voraussetzungen liegen die Zwischengerüstdicken, Gerüstgeschwindigkeiten und die unbelasteten Walzspaltöffnungen, die durch die oben beschriebene Methode berechnet werden, nicht innerhalb der technischen Grenzen des Walzwerks. Insbe-

sondere sind die Leistungs- und Geschwindigkeitsgrenzen der Antriebsmotoren (40 bis 45 in Fi g. 5) zu beachten.

Der Leistungsbedarf eines Walzwerkmotors ergibt sich unter Heranziehung der Leistungskurve. Die sich als Differenz zwischen den Ordinaten der Leistungskurven für die Eintritts- und die Austrittsdicke des betreffenden Gerüstes ergebenden benötigten PS pro Tonne und pro Stunde (kw pro cm-Breite) werden multipliziert mit dem Massenfluß (Tonnen pro Stunde), berechnet aus der Austrittsdicke des Walzwerks, der Breite, der Walzgeschwindigkeit und" dem Schlupf; das resultierende Produkt wird mit dem Koeffizienten der Temperaturkorrektur multipliziert, um die Eingangstemperatur zu korrigieren. Die erforderliche Leistung steigt mit fallender Temperatur. Deshalb wird die maximale Leistung am Ende des Walzguts benötigt. Um von dieser Beziehung Gebrauch zu machen, wird ein angenäherter Temperaturabfall in der Speicherschaltung 113 als Konstante gespeichert, welcher von der Temperatur am Anfang des Stahlbandes abgezogen wird, woraus die Leistung für den Antriebsmotor jedes Gerüsts (Pi(R_qd)) berechnet wird. Ein Leistungskoeffizient Cp,-kann deshalb bestimmt werden aus

25 Der maximale Geschwindigkeitskoeffizient lautet:

Γ —

^y i(max)

Dabei ist Nj(_max) die höchste Geschwindigkeit des Gerüsts. Wenn entweder Cu oder Cm den Wert 1 für irgendein Gerüst überschreitet, liegt die Geschwindigkeit außerhalb des Geschwindigkeitskegels, so daß eine Korrektur erforderlich ist

Zum Zwecke einer Korrelation mit den im folgenden erläuterten korrigierten Wirkungen werden die folgenden zusätzlichen Koeffizienten bestimmt:

Cll = Maximum Cl/(Der Geschwindigkeitskoeffizient des Gerüsts mit der niedrigsten Geschwindigkeit relativ zu dessen minimaler Geschwindigkeit).

Chh = Maximum Cw(Der Geschwindigkeitskoeffizient für das Gerüst mit der höchsten Geschwindigkeit relativ zu dessen größter Geschwindigkeit).

Cpp = Maximum Q/ (Der Leistungskoeffizient für das Gerüst mit dem größten Leistungsbedarf relativ zu dessen Maximum).

1 (max)

Dabei ist

) der Leistungsbedarf des Gerüsts /und

j) die maximal zulässige Leistung für dieses Gerüst.

Wenn C_p/ größer als 1 ist, wird die Leistungsbegrenzung überschritten.

Die Geschwindigkeitsanforderungen an die Antriebsmotoren des Walzwerks können durch einen Geschwindigkeitskegel gekennzeichnet werden, der durch die Linien P\q\ und Peqe in Fig. 16 gezeigt ist, wo die Betriebsgrenzen der Geschwindigkeit jedes Gerüsts in dem Walzwerk aufgezeichnet sind. Die gestrichelte Linie Y zeigt eine Walzwerkgeschwindigkeit, wobei sowohl die obere als auch die untere Geschwindigkeitsgrenze von einem oder mehreren der Antriebsmotoren überschritten werden. Die gestrichelte Linie Zerläutert eine Walzwerkgeschwindigkeit, bei der die untere Geschwindigkeit überschritten wird. Die gestrichelte Linie X erläutert eine Walzwerkgeschwindigkeit, bei der die Betriebsgeschwindigkeit innerhalb des Bereiches der Geschwindigkeiten aller Antriebsmotoren liegt.

In Verbindung mit der Geschwindigkeitsbegrenzung wird ein minimaler und ein maximaler Geschwindigkeitskoeffizient für jedes Gerüst formuliert. Der minimale Geschwindigkeitskoeffizient lautet:

' i (Rqd)

Dabei ist

X⁰Zo der Grundgeschwindigkeit des Gerüsts (normalerweise 60%) und

die für die berechnete Einstellung benötigte Geschwindigkeit.

Es gilt deshalb folgendes:

(1) Wenn Cll ■ Chh > 1 ist, liegt entweder (a) die Geschwindigkeit mindestens eines Gerüsts über der oberen Grenze, während die Geschwindigkeit eines anderen unter dem Minimum liegt, oder (b) die Geschwindigkeit eines Gerüsts liegt so weit über der höchsten Geschwindigkeit, daß eine Verringerung auf die höchste Geschwindigkeit unter proportionaler Verringerung der Geschwindigkeit der übrigen Gerüste dazu führt, daß die Geschwindigkeit mindestens eines Gerüsts unter dem Minimum liegt, oder (c) die Geschwindigkeit eines Gerüsts liegt so weit unter dem Minimum, daß eine Erhöhung dessen Geschwindigkeit auf die minimale Geschwindigkeit unter proportionaler Erhöhung der Geschwindigkeit aller übrigen Gerüste dazu führt, daß die Geschwindigkeit mindestens eines Gerüsts über der höchsten Geschwindigkeit liegt. Der erste Fall ist durch eine Kurve Fin Fig. 16 dargestellt.

Wenn Cll · Chh 1, ist es somit nicht möglich, das Walzgut mit der von dem Operateur verlangten Belastungsverteilung zu walzen. Deshalb wird die Belastung erneut verteilt, wobei den ersten fünf Gerüsten gleiche Belastungen zugeordnet werden (außer im Falle eines unbelasteten Scheingerüsts, das beibehalten wird). Die Einstellungsberechnung wird wiederholt Wenn die Belastungen schon gleich sind, wird die Eingabe der weiteren Werte angehalten.

(2) Wenn Cll ■ C_pp > 1 ist, reicht die Leistung des Walzwerks nicht aus, das Walzgut mit der gewünschten Belastungsverteilung zu walzen. Dieser Schluß beruht auf der Annahme, daß die Leistung proportional der Walzwerkgeschwindigkeit ist. Entweder (a) die Geschwindigkeit eines Gerüsts liegt unter dem Minimum und die Leistung eines Gerüsts über dem Maximum, (b) die Geschwindigkeit liegt unter dem Minimum und steigt auf das Minimum an, während alle übrigen Gerüstgeschwindigkeiten bei proportionaler Erhöhung eine Überschreitung der Leistungsgrenze zur Folge haben, oder (c) die Leistung liegt über dem Maximum für ein Gerüst und deren Verringerung auf das Maximum erfordert, daß ein Gerüst unter die minimale Geschwindigkeit gelangt. In jedem Falle werden die

Belastungen für die ersten fünf Gerüste gleichgemacht und die Einstellungsberechnung wiederholt. Wenn sie schon gleich sind, wird die Eingabe von weiteren Werten angehalten.

(3) Wenn C_pp > 1, aber Cll · C_pp < 1, ist das Walzwerk entweder (a) so entworfen, daß ein Gerüst zu viel von der Gesamtbelastung aufnimmt, oder (b) die gewünschte Austrittsgeschwindigkeit des Walzwerks ist zu hoch. Die versuchte Abhilfe besteht darin, die Belastung der ersten fünf Gerüste gleich zu machen, ι ο Wenn diese schon gleich sind, werden die Geschwindigkeiten aller Gerüste durch Cpp dividiert und das Walzwerk entsprechend eingestellt

(4) Wenn Cll> 1, aber Cll ■ Chh< 1 ist, liegt die Geschwindigkeit von mindestens einem Gerüst unter dem Minimum, kann aber auf die Minimalgeschwindigkeit erhöht werden, wobei alle übrigen proportional erhöht werden können, ohne daß die Geschwindigkeit eines Gerüsts über der höchsten Geschwindigkeit liegen muß. Jedoch besteht die erste Reaktion darin, die Belastung der ersten fünf Gerüste gleich zu machen. Wenn dies schon erfolgte und keine Abhilfe ergibt, dann werden alle Gerüstgeschwindigkeiten durch Multiplikation mit Cll erhöht und das Walzgut entsprechend eingestellt. Wenn der Operateur eine ungleiche Belastungsverteilung der Gerüste 1 bis 5 verlangte, hat die resultierende Einstellung eine andere Belastungsverteilung und eine andere Austrittsgeschwindigkeit als die von dem Operateur gewünschte.

(5) Wenn Cm > 1, aber Cll · Chh < 1 ist, liegt die Geschwindigkeit von mindestens einem Gerüst über der höchsten Geschwindigkeit, kann aber auf die höchste _t Geschwindigkeit reduziert werden, wobei alle anderen Geschwindigkeiten proportional reduziert werden, ohne daß die Geschwindigkeit eines Gerüsts unter dem Minimalwert liegen müßte. Die korrigierende Wirkung dieses Falles ist dieselbe wie in dem vorangegangenen Falle, jedoch mit der Ausnahme, daß alle Geschwindigkeiten durch Chh dividiert werden, wenn der Situation nicht durch Abgleichung der Belastungsverteilung abgeholfen wird.

Während des Walzverfahrens werden gewisse Daten dazu verwandt, die im Speicher 113 der Rechenanlage gespeicherten Informationen auf den neuesten Stand zu bringen. Diese Daten können auch über die Ausgangsschaltung 112 zu der peripheren Aufzeichnungseinrichtung 118 übertragen werden, um eine Aufzeichnung und Analyse durchzuführen. Falls die Grenzen überschritten werden (zum Beispiel Überschreitungen des Geschwindigkeitskegels) können die Daten als Alarm und/oder als eine visuelle Anzeige über die Ausgangsschaltung 112 an die periphere Einrichtung 117 akustische oder optische Signale weitergegeben werden. Zusätzlich zu den bereits beschriebenen Nachweiseinrichtungen werden deshalb die folgenden benutzt, die in der angedeuteten Weise für Prüfdaten, Erneuerungsdaten oder Steuerdaten dienen:

Die Nachweiseinrichtung 81 für heißes Metall weist das Vorhandensein des das Walzwerk verlassenden Walzguts 20 nach, wodurch im Falle einer Betriebsstörung angezeigt wird, daß Fehlwalzungen im Gerüst VI aufgetreten sind.

Die Röntgen-Dickenmeßeinrichtung 71 (und ihre Rückkopplung 71^mißt nicht nur die Abmessungen des austretenden Walzguts, sondern gibt auch das Vorhandensein oder das Fehlen des Walzguts an, so daß ein entsprechendes Signal in der psripiieren Einrichtung 118 gespeichert werden kann.

Die Breitenmeßeinrichtung 82 liefert in entsprechender Weise Daten für die Klassifikation über das Vorhandensein und das Fehlen der Breite des Walzguts, was in der peripheren Einrichtung 118 aufgezeichnet werden kann.

Das Pyrometer 83 mißt die Fertigtemperatur des aus dem Walzwerk austretenden Walzguts und liefert Daten zur Aufzeichnung in der peripheren Einrichtung 118.

Die Nachweiseinrichtung 84 für heißes Metall mißt die Temperatur und weist das Vorhandensein des Bandstahls auf der Wickeleinrichtung nach, so daß im Falle einer Betriebsstörung anzeigt wird, daß eine Fehlwalzstelle auf dem Auslauftisch (nicht dargestellt) vorliegt. Diese Information wird zu der Steuereinrichtung 110 übertragen.

Die Tachometer 103 bis 108 stellen die Geschwindigkeiten oder Drehzahlen jedes Gerüsts fest, um im Speicher 113 gespeicherte Daten auf den neuesten Stand bringen zu können. Diese Daten werden auch zu der peripheren Aufzeichnungseinrichtung 118 gewünschtenfalls übertragen.

Die Spannungs-Aufzeichnungsgeräte 97 bis 102 liefern Antriebsmotor-Spannungsdaten zu der zum Aufzeichnen dienenden peripheren Einrichtung 118.

Die Ausnutzung von Daten, die durch das augenblickliche Walzen des Walzguts zum Erneuern der gespeicherten Daten in der Rechenanlage bestimmt sind, dient in erster Linie zur Überwindung von Fehlern und Diskrepanzen, die außerhalb der normalen Steuerungen liegen können, die beim augenblicklichen Walzvorgang eines bandförmigen Walzguts benutzt werden, so daß eine Kompensation bei dem nächsten zu walzenden Bandstück erfolgen kann. Kleine Fehler der Geschwindigkeit und der Walzspaltöffnungen sowie Ungleichmäßigkeit des Rohmaterials, Änderungen der Walzwerkeigenschaften außer den bereits erwähnten Änderungen, Walzenabnutzungen usw. können in einer Weise kompensiert werden, die als Anpassungsrückkopplung bezeichnet wird. Dies kann in folgender Weise geschehen:

Zwischengerüst-Meßrückkopplung ·

Eine Zwischengerüst-Meßrückkopplung verursacht, daß die aus dem Belastungszellensignal und dem Einstellungssignal der Anstellschraube berechnete Meßdicke eines Gerüsts (5b plus Dehnung) gleich der Massenflußdicke (JkV₆IVj) dieses wird. Diese Rückkopplung kompensiert Fehler sowohl von 5b als auch der Dehnung aufgrund von Temperaturfehlern, schlechtem Walzanschlag od. dgl. Die aus den Massenflußdaten abgeleitete Korrektur wird für jedes Gerüst und für jedes Walzgut (oder für jede Bramme) berechnet und für die Einstellung des folgenden Walzguts (oder der folgenden Bramme) verwendet. Es ist eine akkumulierte Korrektur, deren Wert bei dem Walzen irgendeines bandförmigen Walzguts die algebraische Summe der inkrementalen Korrekturwerte jedes vorangegangenen bandförmigen Walzmaterials ist. Für jedes gegebene bandförmige Walzgut ist die zusätzliche Korrektur gleich dem Unterschied zwischen den berechneten Meßdicken und der Massenflußdicke, modifiziert durch die geeignete "Verstärkung. Bie Korrektur wird als positiv betrachtet, ver.n die Massenflußdicke die berechnete Meßdicke überschreitet. Sie wird algebraisch mit Jer i^vuiauiierisr. Korrektur von allen vorhergehender, ^? warten Bändern kombiniert und sowcni ζην Berechnung der Einstellung der Anstell-

609537/1

schrauben (Walzspaltöffnungen) als auch der Massenflußdicke für das folgende bandförmige Walzgut verwandt. Die Zwischengerüst-Dickenkorrektur wird kontinuierlich von einer Walzenänderung zu der nächsten erzeugt. Begrenzungen werden in der Speicherschaltung der Rechenanlage vorgesehen, um zu große Korrekturen von Bramme zu Bramme zu vermeiden.

Die Massenfluß-Rückkopplung wird aus den folgenden Beziehungen berechnet:

— ''m/O'li

Ah

•nf(i + 1Ii'

wobei km! die Massenfluß-Rückkopplungsverstärkung ist,

~ "in/O^-) ~ "gm(j)'

wobei

^hgm(j) = ^S0 +

hgm(j) die berechnete Meßdicke (Dickenmeßgerät), So durch die gemessene Anstellung der Schraube

bestimmt,
str von der Berechnungskurve beim augenblicklichen

Walzen bestimmt,
j das zuletzt gewalzte Band,

j+1 das nächste zu walzende Band und / für das Walzgerüst kennzeichnend ist. .

Belastungsverteilungs-Rück kopplung

In Abhängigkeit von der Dickenmessung des gewalzten Bands ist es wünschenswert, den Strom zwischen den Gerüsten I bis V entsprechend den Schaltereinstellungen für die Belastungsverteilung sowie dem in der Rechenanlage gespeicherten Verteilungsmuster zu verteilen.

Um diese gewünschte Verteilung aufrechtzuerhalten, vergleicht die Rechenanlage für jede Bramme die prozentuale für jedes Gerüst aus der Leistungskurve berechnete Belastung unter Verwendung der beim Walzen auftretenden Meßgrößen mit der augenblicklichen prozentualen Belastung, die von den Stromnachweisgeräten des Walzwerks bestimmt wird. Wenn der neue Rückkopplungskoeffizient, der von dem Verhältnis der augenblicklichen prozentualen Belastung in irgendeinem Gerüst zu der berechneten prozentualen Belastung abgeleitet wird, nicht gleich 1 ist, wird ein neuer Korrektur-Multiplikator, der der Leistungskurve für die Einstellung der nächsten Bramme zuzuführen ist, als die Summe des Multiplikators berechnet, der für die gegenwärtige Bramme verwandt wurde, und der neue Rückkopplungskoeffizient entsprechend dem Rückkopplungsgewinn der Belastungsverteilung bewertet. Daraus ist ersichtlich, daß der Effekt dieser Rückkopplung eine kontinuierliche Anpassung der gespeicherten Leistungsinformation entsprechend den Resultaten ist, die beim augenblicklichen Walzen abgeleitet werden. In der Rechenanlage sind Grenzwerte gespeichert, um zu große Änderungen von Bramme zu Bramme bei dem Multiplikator der Belastungsverteilung zu verhindern.

Walzgeschwindigkeits-Rückkopplung ₆,

Als ein Teil der Einstellungsberechnung bestimmt die Rechenanlage die belasteten Gerüstgeschwindigkeiten. Sie führt dann einen festen Prozentsatz (etwa 3%) zu diesen Geschwindigkeiten hinzu, um einen Geschwindigkeitsabfall zu berücksichtigen. Die resultierende Geschwindigkeit bei fehlender Belastung wird eingestellt, bevor die Bramme in das Walzwerk eintritt.

Wenn sich die Bramme in dem Walzwerk befindet, kann sich der tatsächliche Geschwindigkeitsabfall von dem angenommenen Wert unterscheiden. Um diesen Effekt zu kompensieren, kann die Geschwindigkeits-Bezugsgröße, welche zu den Regeleinrichtungen gesandt wird, eine kleine Änderung von Bramme zu Bramme benötigen. Ein neuer Rückkopplungskoeffizient, welcher von dem Verhältnis der tatsächlichen Geschwindigkeit bei Belastung zu der gewünschten Geschwindigkeit abgeleitet wird, wird für jedes Gerüst berechnet. Wenn das Verhältnis nicht gleich 1 ist, wird aus der Summe des verwandten Multiplikators für die augenblickliche Bramme und den neuen Rückkopplungskoeffizienten ein Korrektur-Multiplikator für die Einstellung für die nächste Bramme berechnet und entsprechend dem Rückkopplungsgewinn der Walzgeschwindigkeit abgeglichen. Grenzwerte werden für den Walzgeschwindigkeits-Multiplikator vorgesehen, so daß keine zu großen Änderungen von Bramme zu Bramme möglich sind. Jeder Walzgeschwindigkeits-Multiplikator wird durch den Multiplikator des Gerüsts VI dividiert. Dadurch ergeben sich Änderungen der Walzgeschwindigkeit, die nur im Hinblick auf die Geschwindigkeit des Gerüsts VI gemacht werden.

Walzkraft- Rückkopplung

Der Zweck der Walzkraft-Rückkopplungen besteht darin, eine kontinuierliche Anpassung der gespeicherten Walzkraft-Information zu erhalten. Dies erfolgt durch Vergleich der für die tatsächlich gewalzten Meßgrößen berechneten Kraftverteilung mit den gemessenen Walzkräften für diese Meßgrößen.

Ein neuer Kraftrückkopplungs-Koeffizient, der gleich dem Verhältnis der gemessenen Kraft zu der von den gespeicherten Kraftkurven vorausgesagten Kraft ist, wird für jedes Gerüst und für jede Bramme berechnet. Wenn dieses Verhältnis von der Einheit abweicht, wird ein neuer Kraftkorrektur-Multiplikator berechnet, der den Daten zugeführt wird, welche von der Leistungskurve für die Einstellung für die nächste Bramme abgeleitet werden. Diese Korrektur ist die Summe des Multiplikators für die augenblickliche Bramme und des neuen Kraftrückkopplungs-Koeffizienten, welche entsprechend dem Gewinn oder der Verstärkung der Kraftrückkopplung bewertet wird. Für den Kraftmultiplikator werden Grenzwerte vorgesehen, so daß dieser sich von Bramme zu Bramme nicht zu stark ändern kann.

Walzgutgeschwindigkeits-Rückkopplung

Der Zweck dieser Rückkopplung besteht darin, der Rechenanlage die Erzeugung der gewünschten Zufuhrgeschwindigkeit zu ermöglichen. Ein Walzgutgeschwindigkeits-Multiplikator wird von dem Verhältnis der gewünschten Walzgutgeschwindigkeit zu der tatsächlichen Walzgutgeschwindigkeit berechnet. Wenn dieses Verhältnis von 1 abweicht, wird ein neuer Geschwindigkeitskorrektur-Multiplikator berechnet, welcher der Fertigungsgeschwindigkeit der nächsten Bramme zugeführt wird. Diese Korrektur ist die Summe des für die augenblickliche Bramme verwandten Multiplikators und des neuen Geschwindigkeits-Multiplikators, welche entsprechend dem Walzgutgeschwindigkeits-Rückkopplungsgewinn bewertet wird. Für den Walzgutge-

schwindigkeits-Multiplikator werden Grenzwerte vorgesehen, so daß dieser sich von Bramme zu Bramme nicht zu stark ändern kann.

Während das Wesentliche der automatischen Betriebsweise eines Walzwerks für Bandstahl in der oben erläuterten Weise bei den Leistungs- und Kraftkurven im Hinblick auf die verarbeiteten Materialien liegt, wird es auch in den anpassungsfähigen Rückkopplungen im Hinblick auf die Betriebsweise des Walzwerks gesehen. Die erläuterte Massenfluß-Beziehung stellt normalerweise eine Basis für die Beendigung der Walzwerkeinstellung in bezug auf die Dickenbezugsgröße, Walzspaltöffnungen und Geschwindigkeiten jedes Gerüsts des Walzwerks dar. Da die Röntgen-Dickenmeßeinrichtung 71 (Fig.5) genau die Ausgangsdicke aus dem Gerüst VI mißt, während die Geschwindigkeiten des Gerüsts VI und irgendeines anderen Gerüsts ebenfalls gemessen werden, kann die Dickenabmessung am

Ausgang des anderen Gerüsts eindeutig bestimmt werden. Durch Gleichsetzung dieser bestimmten Meßgröße mit der berechneten Meßgröße für dieses Gerüst zeigt sich der Fehler der berechneten Meßgröße. Dieser Fehler wird dann zu der kalkulierten Meßgröße dieses Gerüsts für die nächste Einstellung des Walzwerks für jede folgende Bramme oder jedes folgende Bandmaterial (algebraisch) addiert. In diesem Fall kann der Fehler auf Unregelmäßigkeiten des verwandten Einstellmechanismus für die Walzen, auf ungeeignete Berücksichtigung des Dehnungsfaktors, auf die Walzenerwärmung, auf ungeeignete Walzgegenüberstellung in dem Walzwerk oder auf eine Kombination von zwei oder mehreren dieser Faktoren zurückzuführen sein. Deshalb stellen die anpassungsfähigen Rückkopplungen, welche durch tatsächliche Walzergebnisse bestätigt werden, die hauptsächlichen Facetten der automatischen Betriebsweise des Walzwerks für bandförmiges Material dar.

Hierzu 18 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung für ein kontinuierliches Walzwerk zur Herstellung von Metallband, insbesondere Stahlband, bei dem den einzelnen Walzenpaaren Antriebseinrichtungen für die Walzen und Einstelleinrichtungen für die Walzspalte zugeordnet sind, mit Einrichtungen zum Erfassen der Parameter des zu walzenden Metallbandes, wie Temperatur und Abmessungen, auf Grund deren Meßwerte die Querschnittsverminderung des Metallbandes in den einzelnen Walzgerüsten nach einem vorgegebenen, in einem Rechner enthaltenen Programm erfolgt, und während des Walzvorganges ermittelte Meßwerte von Walzendrehzahl und Walzspaltgröße dem Rechner zugeführt und nach einem Vergleich der Soli-Ist-Daten die Abweichungen in einer Speichereinrichtung erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Programm die vorausgesagten Solldaten in Form einer Vielzahl von gespeicherten Kurven enthält, bei denen die Leistung und bzw. oder Walzkraft in Abhängigkeit von der Banddicke aufgetragen ist, wobei auf Grund der ermittelten Meßwerte am zu walzenden Metallband in Abhängigkeit der geforderten Abmessungen des Endproduktes die zutreffende Kurve ausgewählt wird und während des Metallband-Durchlaufes durch die einzelnen Walzgerüste bei vom vorausgesagten Sollwert abweichenden Meßgrößen die im Rechner enthaltenen Sollwert-Daten in Übereinstimmung mit den aus dem Vergleich resultierenden Abweichungen angepaßt werden und die hierdurch veränderten Solldaten die vorausgesagten Solldaten für das nächste zu walzende Metallband darstellen.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf Grund der angepaßten Sollwert-Daten an einem oder mehreren nachfolgenden Walzgerüsten während des Walzgutdurchlaufes eine Regelung der Walzendrehzahl und des Walzspaltes erfolgt.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwert-Daten als auf sämtliche Walzgerüste bezogene Gesamt-Leistungskurven in Abhängigkeit verschiedener Endparameter des Metallbandes bei vorbekannten Anfangsparametern dem Rechner vorgegeben sind.