DE1588943B2

DE1588943B2 - Einrichtung zur Regelung der Dicke und der Querschnittsform eines zu walzenden Bandes

Info

Publication number: DE1588943B2
Application number: DE1588943A
Authority: DE
Inventors: Richard G. Williamsville N.Y. Plaisted (V.St.A.)
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1966-04-29
Filing date: 1967-04-26
Publication date: 1975-06-26
Also published as: US3404550A; AT274149B; DE1588943A1

Description

35

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Dicke und der Querschnittsform eines Bandes in einem mit balligen Walzen ausgestatteten Bandwalzgerüst, mit einer Walzkraftregeleinrichtung und einer dieser unterlagerten Anstellregeleinrichtung, mit einer Regeleinrichtung für an den Wellenzapfen der Walzen in vorgegebenem Abstand von den Anstellkräften angreifende Biegekräfte zur Einstellung einer Walzendurchbiegung und mit Vorrichtungen zur Messung der Anstell- und Biegekräfte.

Es ist bekannt, die Durchbiegung der in einem Walzgerüst eingesetzten Walzen, deren Querschnitt über die Länge der Walzen konstant ist, durch auf die Wellenzapfen in unterschiedlichem Abstand von den Anstellkräften wirkende Biegekräfte, beispielsweise mit Hilfe hydraulischer Einrichtungen, zu kompensieren US-Patent 3171 305).

Es ist ferner bekannt, die Arbeitswalzen eines Walzwerkes in einem vorgegebenen Ausmaß ballig, d. h. den mittleren Teil einer Walze mit größerem Durchmesser als die Enden auszuführen, so daß die durch Ausübung einer Walzkraft sich einstellende Durchbiegung der Arbeitswalzen ein gewalztes Band mit im wesentlichen parallelen Oberflächen oder mit geringfügiger Krümmung ergibt. Eine größere Dicke in der Mitte des Bandes ist dabei häufig erwünscht, da sie zu einer genauen Spurhaltung des Walzgutes während des Durchlaufs durch ein Walzwerk führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelung der Form balliger Walzen und dadurch eine Verminderung der bisher erforderlichen Walzenwechsel, bezogen auf die gewünschte Ausgangsform und Dicke des Bandes, zu erzielen, so daß ein Walzenpaar jeweils für eine größere Anzahl von WaIzgutparametern benutzt werden kann.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Walzkraft-Regeleinrichtung und der Biegekraft-Regeleinrichtung eine Steuervorrichtung vorgeschaltet ist, deren Eingangssignal die in einem Vergleicher gebildete Differenz zwischen der Walzkraft-Regelabweichung der Biegekraft-Regelabweichung ist.

Die Erfindung umfaßt die automatische Regelung der Ausgangsform und -dicke des Bandes durch Regelung der Form oder Durchbiegung der Arbeitswalzen zur Kompensation der Betriebsfaktoren wie beispielsweise der Dicke und der Breite des Bandes, der gewünschten Abnahme, der Zusammensetzung des Walzgutes, der Temperatur des Walzwerkes und des Materials sowie der Walzgeschwindigkeit durch Aufbringung einer Biegekraft an den Arbeitswalzen, so daß eine Korrektur des gemessenen Formfehlers des Bandes und eine Kompensation des Dickenfehlers im Verhältnis zu der Durchbiegung der Arbeitswalzen und der gewünschten automatischen Dickenregelung erzielt wird.

An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine ballig ausgeführte Walze,

F i g. 2 die beim Walzvorgang an einem Walzenpaar auftretenden Kräfte,

Fig. 3 ein Blockschema der Regeleinrichtung,

Fig.4 eine graphische Darstellung der Betriebswerte bei der bisher üblichen Dickenregelung,

Fig. 5 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Betriebsweise der neuen Einrichtung,

F i g. 6 eine schematische Darstellung der neuen Einrichtung,

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Teils der neuen Einrichtung.

In Fig. 1 ist eine Walze dargestellt, deren mittlerer Durchmesser größer ist als der Durchmesser an den Enden. Eine solche Walze wird als ballige Walze bezeichnet und zu einer gleichmäßigeren Verringerung des Querschnittes des Walzgutes während des Walzens verwendet.

In Fig. 2 sind eine Oberwalze 10 und eine Unterwalze 12 dargestellt, auf deren Enden die Anstellkräfte B ausgeübt werden. Eine resultierende Kraft A wirkt auf die Mitte der Walzen 10 und 12 auf Grund des auf das Walzgut 14 ausgeübten Druckes. Wenn das Walzgut 14 in die Walzen 10 und 12 einläuft, sind die verschiedenen Kräfte über die Oberflächen der Walzen verteilt. Dabei ergibt sich in der Mitte des Walzgutes eine stärkere Ablenkung der Walzen 10 und 12 und dementsprechend eine geringere Abnahme des Walzgutquerschnittes als an den Kanten des Walzgutes. Die Summe der Kräfte kann, bezogen auf die resultierende Walzendurchbiegung, durch die in Fig. 2 dargestellte Kraft- im Abstand b von der Mittellinie der Anstellvorrichtung und vom Angriffspunkt der Anstellkraft B dargestellt werden. Zur Wiederherstellung der Form der Walzen 10 und 12 derart, daß ihre Oberflächen im wesentlichen parallel über die Breite des Bandes 14 verlaufen, ist eine Biegekraft C erforderlich, die auf der Außenseite der Walzen in einem Abstand α von der Mittellinie der Anstellvorrichtung angreift. Da nur die Kräfte B und C in üblicher \Ve^;se gemessen werden können, ist es zur Erzielung der gewünschten Bandform und von

betriebsmäßig flachen Oberflächen der Walzen wünschenswert, eine Beziehung zwischen den Kräften B und C aufzustellen.

Die Form und die Ebenheit des aus Warm- und Kaltwalzenwerken auslaufenden Bandes muß überwacht werden. Die gewünschte Dickenabnahme soll sich über die gesamte Breite des Bandes erstrecken. Eine bestimmte Walzenballigkeit ist nur für eine Einstellung bestimmter Walzbedingungen richtig. Daher sind Kosten verursachende Walzenwechsel und ein beträchtlicher Vorrat an Walzen mit unterschiedlicher Balligkeit erforderlich, damit in einem Walzwerk eine Vielzahl von Ausgangsprodukten einwandfrei gewalzt werden kann. Die Balligkeit einer Walze kann gemäß der Erfindung betriebsmäßig durch eine gesteuerte Durchbiegung der Walze, und zwar durch Ausübung ■ von Biegekräften auf die Arbeits- oder gegebenenfalls j auf die Stützwalzen geändert werden. Auf diese Weise kann eine Balligkeitsänderung von einigen Tausend-' stel mm erzielt werden. Dadurch kann eine bestimmte L Walze ohne die Notwendigkeit eines Walzenwechsels T) für eine Reihe von Bändern unterschiedlicher Abmessungen verwendet werden. Außerdem können ' durch Erwärmung der Walzen auftretende Änderungen der Balligkeit korrigiert werden. Schließlich wird gemäß der Erfindung auch die automatische Dickenregelung beeinflußt, so daß nicht nur ein Band dem gewünschten Profil, sondern auch der gewünschten genauen Dicke hergestellt wird.

Die in Fig. 2 dargestellte Kraft A und der Abstand b von der Kraft B können als äquivalente Kraft und als äquivalenter Abstand für jede zu walzende Bandbreite betrachtet werden. Jedes zu walzende Band erzeugt ein Moment A ■ b, dem das Moment Ca gleich ist. Tatsächlich nehmen die Werte für A und B zu, wenn die Walze in der Mitte dicker als an den Enden ist. Nur dann, wenn eine verwendete ballige Walze sich als unzulänglich ergeben hat, werden die Kräfte B und C erzeugt. Diese Kräfte wirken gegen die Kraft A, über die hinaus die Walzenform nicht kompensiert wird, so daß das gewünschte Profil des Bandes nicht erzielt wird.

M^ Eine Reihe von Gleichungen kann entsprechend den Kräfteausgleichsbedingungen aufgestellt werden:

(1)

B = -- + C
2

^B=(r^c)

+C

τ)

(4)

(5)

(6)

wird, die Versorgungsleitung automatisch durch ein elektromagnetisches Ventil oder durch andere Mittel blockiert werden, wenn ein Signal von Hand oder durch eine automatische Dickenregelung gegeben wird, bevor die Einstellbewegung der Anstellvorrichtung eingesetzt hat, aber nachdem ein Signal für die Anstellung gegeben worden ist.

Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird eine Anfangswalzkraft durch eine übliche, automatische Dickenregelung festgelegt und eine Änderung der ausgeübten Walzkraft relativ zu dieser Bezugswalzkraft wird als Steuersignal A Β bezeichnet. Das Signal für die Bezugswalzkraft kann beispielsweise von einem die Anstellung steuernden Rechner für den nächsten Durchlauf eines Bandes durch einen Ständer des Walzwerkes berechnet werden und die während des Durchlaufs eintretenden Änderungen gegenüber der Bezugswalzkraft über die Länge des Bandes werden erfaßt und zur Erzeugung des Zuwachs-Steuersignals A Β ausgewertet. Ferner ist angenommen, daß bei der Bezugswalzkraft B keine Biegekraft C erforderlich ist, die Kraft C also mindestens bei der Anfangsballigkeit der Walze Null ist. Zur Erzielung des wirksamen Ausmaßes der Balligkeit einer bestimmten Walze muß die Bezugswalzkraft B verändert werden. Ein vom Wert Null des Signals C ausgehendes Signal AC ist gleich dem tatsächlichen Signal C selbst. Setzt man in Gleichung (4) AB für B ein, so ergibt sich folgende Gleichung:

45

(2) so (3)

55

60

Damit eine Änderung der Kraft B unmittelbar zu einer genau proportionalen Änderung der Kräfte All und C führt, muß, wenn beispielsweise ein hydraulischer Zylinder zur Erzeugung der Kraft C verwendet AB = C-(l+^\=C-K

(7)

Für eine automatische Kompensation der Walzendurchbiegung zeigt die vorstehende Gleichung, daß ein bestimmtes Verhältnis zwischen AB und C aufrechterhalten werden muß.

In F i g. 3 ist ein Blockschema einer Regeleinrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, wobei die Arbeitswalzen 10 und 12 zur Bearbeitung des Walzgutes 14 vorgesehen sind und eine Anstellvorrichtung 16 über eine Walzkraft-Meßeinrichtung 18 die für die Abnahme des Walzgutes erforderliche Kraft B aufbringt. Das von der Meßeinrichtung 18 gelieferte Walzkraftsignal wird einer Vergleichseinrichtung 20 zugeführt. Zur Aufbringung der Kraft C ist eine Vorrichtung 22 mit hydraulisch oder elektromotorisch betätigten Stellschrauben vorgesehen, die über ein Kraftmeßgerät 24 an den Wellenenden 26 und 28 der Walzen 10 bzw. 12 angreifen. Die vom Meßgerät 24 gelieferten Signale werden ebenfalls der Vergleichseinrichtung 20 zugeführt, die die auf die Walzen 10 und 12 ausgeübten Kräfte B und C vergleicht, und das daraus abgeleitete Signal einer die Stelleinrichtung 22 steuernden Einrichtung 30 zuführt. Das von der Walzkraftmeßeinrichtung 18 gelieferte Signal wird außerdem über einen Kompensator 21 an einen üblichen Dickenregler 23 geleitet, wobei der Kompensator 21 von einem Signal der Vergleichseinrichtung 20 abhängig ist.

In Fig. 4 ist eine Kurve dargestellt, die die Arbeitsweise der bisher üblichen automatischen Dickenregelung wiedergibt. Für die Abnahmekurve läßt sich folgende Gleichung aufstellen:

_ F

^l~ °'m

Darin ist h die Dicke des auslaufenden Walzgutes, S₀ der leere Walzspalt, F die Walzkraft und M die Ständerdehnungskonstante. Die Kurve 50 gilt für den Anfang und die Kurve 52 für das kältere und härtere Ende des Bandes. Es ist zu erkennen, daß zur Erzielung der gleichen Dicke am Ende des Bandes eine größere Walzkraft als für den Anfang des Bandes erforderlich ist.

Die Kurve der F i g. 5 zeigt die veränderten Bedingungen, wenn die Rollendurchbiegung gemäß der Erfindung gesteuert wird. Wie zu erkennen ist, treten die Kräfte B und A auf, wenn eine Steuerung der Walzendurchbiegung verwendet wird. Da im Bereich der Durchbiegung nur ein Teil der Anstellkraft B zur Bandabnahme auftritt, nimmt die Ständerdeformationslinie sprunghaft eine kleinere Neigung an, so daß eine beträchtlich größere Anstellbe\vegung der Anstellschrauben erforderlich ist, um dieselbe Dickenkorrektur wie vorher zu erzielen. Diese Neigungsänderung wird gemäß der Erfindung berücksichtigt, so daß die automatische Dickenregelung wie gewünscht arbeiten kann. Dazu ist in der Regeleinrichtung ein Kompensator zur Vervielfachung der Kraft B durch einen Faktor erforderlich, der die in F i g. 5 dargestellte neue Neigung vorgibt.

Aus den folgenden Ausgangsformeln

B =	+	C	(8)	30
2ΔΒ		2C	(8 a)
*B=.*	f	·^Λ	(9)	35
2ΔΒ =	+	A. A α	(9 a)
B =	ί¹	α)	(10)	40
2ΔΒ =	^+Α)	(10 a)
= Λ
= Α
4 +
= Λ-
'<'

B =,

2ΔΒ =

(H)

(Ha)

45

A =

ΔΒ

(12a)

ergibt sich, daß der Kompensationsfaktor die Größe

ist.

Gemäß der Erfindung wird das zur Bestimmung der Anstellbewegung verwendete Dickenfehlersignal mit der Größe ί j multipliziert und dadurch die geringere Steigung der Walzkraftkennlinie kompensiert. In F i g. 6 ist ein Walzkraftwandler 60 für die rechte Seite und ein Walzkraftwandler 62 für die linke Seite dargestellt, die an ein Differenzglied 64 zur Erzeugung eines der Differenz der Walzkräfte entsprechenden Signals für den Abgleich der Walzen angeschlossen sind. Die Sianalc des Wandlers 60 werden außerdem einem Vergleichsglied 66 zugeführt, das feststellt, ob die Walzkraft auf der rechten Seite größer als auf der linken ist. Das Vcrgleichsglied 66 gibt gegebenenfalls ein Ausgangssignal zur öffnung eines Gatters 68 ab, so daß dann das vom Differenzglied 64 gelieferte Signal der linken Anstellvorrichtung 70 zur Erhöhung der Walzkraft zugeführt werden kann. In gleicher Weise ist ein Vergleichsglied 72 vorgesehen, das anspricht, wenn die Walzkraft auf der linken Seite größer als auf der rechten Seite ist, und in analoger Weise über ein Gatter 74 die rechte Anstellvorrichtung 76 beeinflußt. Ein Biegekraftwandler 78 auf der rechten Seite und ein Biegekraftwandler 80 auf der linken Seite sind an einen Durchschnittswertbildner 82 angeschlossen, der ein dem Durchschnitt der Biegekraft proportionales Signal an einen Komparator 84 liefert, dem außerdem ein einer Bezugsbiegekraft entsprechendes Signal von einem Bezugswertgeber 86 zugeführt wird. Der die Biegekraftdifferenz oder das Fehlersignal AC führende Ausgang des Komparators 84 ist mit einem Vergleichsglied 88 verbunden. Bei Ausübung der tatsächlich vorgesehenen Walzkraft und der vorbestimmten Grundballigkeit einer Walze ist das Signal des Bezugswertgebers 86 Null und das Signal Δ C entspricht genau dem Signal C.

Das Ausgangssignal beispielsweise des Wandlers 60 wird über eine Leitung 89 einem Meßglied 90 zum Vergleich mit einem von einem Bezugswertgeber 92 gelieferten Walzkraft-Bezugssignal zugeführt. Das einem Dickenfehler entsprechende Signal AB am Ausgang des Meßgliedes 90 wird dem Vergleichsglied 88 und einem Verstärker 98 zugeführt. Das Signal am Ausgang des Vergleichsgliedes 88 wird über ein Steuerglied 94 an eine Steuereinrichtung 96 für die Biegekraft und an ein Gatter 106 geleitet.

Die Aufgabe der bisher beschriebenen Teile der Einrichtung nach F i g. 6 ist es, die gewünschte Walzenballigkeit und das gewünschte Profil des auslaufenden Bandes zu erzielen und ein vorbestimmtes Verhältnis zwischen einer Änderung der Walzkraft relativ zu einer Änderung der Biegekraft durch Änderung des Biegedruckes aufrechtzuerhalten, derart, daß jede Änderung der Walzkraft eine entsprechende Änderung der Biegekraft hervorruft.

Mit der dargestellten Einrichtung ist eine übliche Einrichtung zur Dickenregelung verbunden, so daß die Dicke im wesentlichen über die Länge des auslaufenden Bandes aufrechterhalten wird. Zusätzlich ist eine Profilüberwachung durch den bisher beschriebenen Teil der Einrichtung nach F i g. 6 vorgesehen, so daß Abweichungen in der Walzkraft zwischen dem linken und dem rechten Ende der Arbeitswalzen gleich zu Anfang über die Walzenabgleichsteuerung korrigiert wird. Zusätzlich bewirkt die Dickenregeleinrichtung die erforderlichen Änderungen der Walzkraft und kompensiert durch eine Korrektur die Walzendurchbiegung zur Erzielung des gewünschten Bandprofils.

Der Verstärker 98 in Fig. 6 beeinflußt in Abhängigkeit von dem Dickenfehlersignal am Ausgang des Meßgliedes 90 ein übliches Anstellregclsystem 100. Jede Änderung der Bewegung des die Anstellvorrichtung antreibenden Motors 102 wird durch eine Vorrichtung 104 erfaßt, die ein der Anstellung entsprechendes Signal über einen von zwei Wegen liefert. Der erste Weg verläuft über das normalerweise gcöffnclc Gaiter 106 in Abhiinaiekeit von einem Sienal

des Steuergliedes 94. Über diesen Weg läuft das der Anstellung entsprechende Signal normalerweise unmittelbar zu dem Verstärker 98 über das Gatter 106, wenn am Gatter 106 kein vom Steuerglied 94 geliefertes Signal ansteht. Wenn jedoch am Ausgang des Steuergliedes 94 ein der Durchbiegung entsprechendes Signal ansteht, ist das Gatter 106 geschlossen, so daß nun das Ausgangssignal der Vorrichtung 104 über ein die Durchbiegung kompensierendes Glied 108 laufen muß, bevor es dem Verstärker 98 zügeführt wird.

Der Kompensator 108 ist in Fig. 7 in seinen Einzelheiten und in Verbindung mit dem Verstärker 98 und der Regeleinrichtung 100 für die Anstellung dargestellt.

Die Ausgänge der Walzkraftwandler 60 und 62 sind an einen Mittelwertbildner 61 angeschlossen, dessen Ausgangssignal dem Dickenfehlermeßglied 90 zum Vergleich mit einem von dem Bezugswertgeber 92 vorgegebenen Wert zugeführt wird. Das aus diesem Vergleich resultierende, dem Dickenfehler proportionale Signal wird dem Eingang des Verstärkers 98 zugeführt, der an die Anstellsteuereinrichtung 100 angeschlossen ist, die ihrerseits den Anstellmotor 102 betätigt. In Abhängigkeit von der Bewegung des Anstellmotors 102 wird der Arm 120 eines in Reihe mit einer Spannungsquelle 114 geschalteten Potentiometers verstellt, so daß ein entsprechendes Signal über den Verstärker 122 an den das Gatter 106 enthaltenden Kompensator 108 geliefert wird. Durch ein von dem Steuerglied 94 geliefertes Signal wird das Gatter 106 nichtleitend. Das Gatter 106 kann beispielsweise ein normalerweise geschlossenes Relais oder eine Schalteinrichtung mit normalerweise niedriger Impedanz sein, das bzw. die durch ein vom Steuerglied 94 geliefertes Signal geöffnet wird und dadurch eine hohe Impedanz annimmt, d. h. nichtleitend ist. Bei nichtleitendem Gatter 106 läuft das

den Istwert der Anstellung entsprechende Signal vom Verstärker 122 über den Kompensator 108, der ein durch eine Bezugsspannungsquelle 110 gespeisten Potentiometer 112 enthält und damit ein bestimmtes Verhältnis für das Istwertsignal der Anstellung vorgibt. Die Parameter des Potentiometers 112 in Verbindung mit der Spannungsquelle 110 und der Einstellung des Potentiometerarms 120 sind derart gewählt, daß das Istwertsignal der Anstellung mit dem gewünschten Kompensationsfaktor multipliziert

wird, so daß eine zusätzliche Bewegung des Anstellmotors 102 zum Abgleich "des Walzkraftsignals und zur Korrektur der gewünschten Banddicke erforderlich wird.

Beim Betrieb des in F i g. 7 dargestellten Teils der Einrichtung ist das vom Meßglied 90 gelieferte Fehlersignal ein zusätzliches Anzeichen für eine durch eine Änderung der Härte des Bandes hervorgerufene Änderung der Walzkraft B. Das bewirkt eine Bewegung des Anstellmotors 102, und diese Bewegung erzeugt eine der Anstelländerung proportionale Spannung am Ausgang des Verstärkers 122. Die Einrichtung ist so bemessen, daß diese Bewegung eine ausreichende, zusätzliche Walzkraft zur Korrektur der Dicke des auslaufenden Walzgutes auf das gewünschte Maß erzeugt. Wenn eine Biegekraft C erforderlich ist, dann wird das Gatter 106 zur Einfüh- ·

rung des Kompensationsfaktors

a + b

in dem Pfad des

dem Anstellistwert proportional, vom Verstärker 122 gelieferten Signals geöffnet und dadurch der Istwert des der Anstellung proportionalen Signals herabgesetzt und einem Eingang des Verstärkers 98 zugeführt. Dadurch bewirkt die Anstellsteuereinrichtung 100 eine größere Bewegung des Anstellmotors 102 zum Ausgleich des Walzkraftfehlersignals, das von dem Dickenfehlermeßglied 90 geliefert wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Regelung der Dicke und der Querschnittsform eines Bandes in einem mit balligen Walzen ausgestatteten Bandwalzgerüst, mit einer Walzkraft-Regeleinrichtung und einer dieser unterlagerten Anstellregeleinrichtung, mit einer Regeleinrichtung für an den Wellenzapfen der Walzen in vorgegebenem Abstand von den Anstellkräften angreifende Biegekräfte zur Einstellung einer Walzendurchbiegung und mit Vorrichtungen zur Messung der Anstell- und Biegekräfte, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzkraft-Regeleinrichtung (98) und der Biegekraft-Regeleinrichtung (96) eine Steuervorrichtung (94) vorgeschaltet ist, deren Eingangssignal die in einem Vergleicher (88) gebildete Differenz zwischen der Walzkraft-Regelabweichung und der Biegekraft-Regelabweichung ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich des Einflusses der Biegekraft auf die Anstellregeleinrichtung (100) ein Kompensator (108) vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Abstände (α, α plus b) der Anstell- und Biegekräfte von der Walzenmitte aus dem Anstellistwert eine Korrekturgröße für die Walzkraft-Regeleinrichtung (98) bildet.

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