DE1813236A1 - Automatische Steuerung fuer ein Walzwerk und Walzverfahren - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. GQNTHER KOCH DR. TINO HAIBACH

β München 2, 6.Dezember 1968

UNSER ZEICHEN: 117*0 -

The English Electric Company Limited, London, England. Automatische Steuerung für ein Walzwerk und Walzverfahren

Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Steuerung für ein Walzwerk, durch welches deformierbares Material, z.B. Stahl, auf eine vorbestimmte Dicke ausgewalzt wird. Dieses Auswalzen von einer Ausgangsdicke auf eine bestimmte Enddicke wird durch ein mehrstufiges Walzverfahren, bestehend aus zwei oder mehreren aufeinanderfolgenden Stufen, bewirkt, in denen das VJerkstück jeweils zwischen zwei Walzen hindurchbewegt wird.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird das mehrstufige Walzverfahren in der Weise durchgeführt, daß einem Computer und einem Steuergerät Eingangsdaten zugeführt werden, die auf die Verfahrensendabmessungen und andere bekannte oder angenommene Charakteristiken des Materials bezogen sind, daß der Computer diese Charak teristiken benutzt, um Einstellwerte für den Walzenspalt in den einzelnen Stufen zu erhalten, um im Gesamtwalzprozeß einen Optimal wert für einen vorbestimmten Parameter zu liefern, und daß der Computer entsprechend veranlaßt wird, die Einstellung des Walzenspaltes für wenigstens die erste Stufe vorzunehmen, bevor das Werkstück in diese Stufe einläuft.

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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung muß der Computer zur Lieferung der Einstellwerte für jede Stufe wenigstens eine Gleichung in wenigstens etwa der nachstehenden Hauptform lösen: '

log X = A₀ + A₁IOg R/h + A₂log r + A^log R/h.log r + A^(log r)²

Dabei ist X ein Parameter, ausgewählt aus einer Gruppe, die Leistung, Walzdrehmoment und Walzbelastung enthält. R ist der Walzenradius, h ist die Dicke einer der zugeordneten Zwischenstufen, r ist die Stärkenverminderung, A_Q, A,, A₂, A, und Ah sind Speicherwerte, die gemäß den Charakteristiken der Stufe selbst gewählt werden und gemäß dem zu walzenden Material.

Das Kriterium zur optimalen Wahl des Parameters kann ein minimaler Leistungsverbrauch oder ein maximaler Durchsatz sein. Stattdessen können auch andere Kriterien zugrundegelegt werden.

Nachstehend werden AusfUhrungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Walzwerkes mit zugeordnetem Computer,

Fig. 2a bis f Diagramme, die das zweite Steuerverfahren veranschaulichen. ,

Im folgenden wird zunächst auf Fig.1 bezuggenommen. Das Walzwerk weist vier Stände 10 bis Ij5 auf, die aufeinanderfolgend eine heiße Metalltafel IH- in der Stärke verringern. Die Tafel läuft gemäß der Darstellung nach Fig.1 von links nach rechts.

Jeder Stand besitzt eine untere und eine obere Arbeitswalze 15 bzw.l6 und entsprechende untere und obere Widerlagerwalzen 17 und 18. Die.Arbeitswalzen 15 und 16 sind mechanisch mit einem in der Zeichnung nichtdarge.stellten zugeordneten Elektromotor gekuppelt, der diese Walzen in der erforderlichen Richtung antreibt.

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Drehzahlsteuergeräte 19 sind diesen Antriebsmotoren zugeordnet und erlauben eine Änderung der Motordrehzahl, wie dies weiter unten beschrieben wird.

Ein in der Zeichnung nichtdargestellter Niederschraub-Motor und eine zugeordnete Schraubspindel 20 sind für jeden Stand vorgesehen, derart, daß der Spalt zwischen den Arbeitswalzen des betreffenden Standes gemäß einem Signal von einer zugeordneten Niederschraub-Steuervorrichtung 21 geändert werden kann.

Eine Belastungszelle 2? in jedem Ständer liefert ein Signal, das die jeweilige Spreizkraft zwischen den Arbeitswalzen des Standes anzeigt, wenn eine Tafel hindurchtritt.

Andere Fühler, "die in diesem Zusammenhang vorgesehen werden, sind ein Strahlungspyrometer 23 am Eingangsende der Walzen, d.h. unter dem Stand 10, um ein Signal zu erzeugen, das die Temperatur der darunter hindurchtretenden Tafel anzeigt. Außerdem sind zwei Röntgenstrahleinrichtungen 24,25 zwischen den Ständen 10 und 11 und am Ausgang des Walzwerkes, d.h. hinter dem Stand Γ5, vorgesehen, um Signale zu erzeugen, die die Dicke der Tafel an diesen Punkten anzeigen.

Ein Digital-Computer 26 mit Speicher- und Rechenmöglichkeit empfängt über eine Multiplexstufe 27 und einen Analog-Digital-Converter 28 die Signale, die von den Lastzellen 22 dem Strahlungspyrometer 25 und den Rönteegenstrahlmeßvorrichtungen 24 und 25 geliefert werden. Weitere EingangsSignaIe können dem Computer in Digitalform über Leitungen zugeführt werden, wie diese mit dem Bezugszeichen 29 b%elchnet sind.

Die Ausgänge des Computers laufen durch entsprechende Digital-AnalOg-Converter, wie diese durch das Bezugszeichen 30 angedeutet sind und dann nach einer Geschwindigkeitssteuervorrichtung 19 und der Niederschraub-Steuervorrichtung 21.

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Es soll angenommen werden, daß eine Tafel bekannter Dicke sich dem Walzwerk von z.B. einem Schruppstand her gemäß der Zeichnung von links her nähert und daß es erforderlich ist, die Dicke der Tafel auf eine bestimmte Enddicke zu verringern.

Das in der Zeichnung dargestellte Walzwerk wird zunächst durch den Computer eingestellt, indem die bekannte Eingangsdicke und die erwünschte Ausgangsdicke der Tafel und die bekannte Materialqualität eingegeben werden. Diese drei Parameter werden von Signalen/präsentiert, die manuell oder automatisch erhalten werden und über eine oder mehrere Leitungen 29 dem Computer zugeführt werden. Der Computer speichert demgemäß diese Werte.

Nunmehr wird die Einstellung des Walzwerkes im einzelnen beschrieben und hierbei wird u.a. der Walzenspalt der einzelnen Stände des Walzwerkes vor Ankunft der Tafel eingestellt. Das Kriterium dabei besteht darin, daß der Durchgang des Walzwerkes, d.h. die Geschwindigkeit der Massenströmung durch das Walzwerk hindurch, bei der erforderlichen Dickenverminderung ein Maximum wird, d.h. im Hinblick auf die verfügbare Leistung, Rollenbelastung usw.

Pur jeden Stand sind die Gesamtleistung pro Einheit, das Walzendrehmoment und die Walzentrennkraft (Walzenbelastung) jeweils auf den Arbeitswalzenradius R abgestimmt und die Ausgangsdicke h der den Stand verlassenden Tafel und die Dickenverminderung r,der die Tafel unterworfen wird, kann durch eine Gleichung der folgenden Form wiedergegeben werden:

log_eX = A₀ + A₁IOgJ + A₂log_er + A^logjj -log_er + A₄(log_er)² (1)

Dabei stellt X den in Betracht zu ziehenden Parameter dar (Leistung pro Gesamteinheit, Drehmoment oder Walzenbelastung).

A₀, A₁, A₂, A, und A^ werden allgemein durch die folgenden Ausdrücke wiedergeben: '

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A₀ - P₁(T) + (log_e i-gj-ü ) p₂ (T)

Α— τ\. (!*} 4- ("\ πα J \ η (ψ\

und

A^ = P₇(T).

Dabei ist N die Drehzahl der Walzen an dem betreffenden Stand und P₁(T), Po(T) usw. die Leistung in T (die Tafeltemperatur) der Form a_Q + a₁T + a₂T .... a_nT . . . ., wobei a_Q, a-^, a₂ usw. Konstante sind, deren Größe insbesondere für den , Parameter X und die Funktion A_Q, A₁ usw., welche gerade in Betracht gezogen werden, abhängig ist von solchen Faktoren, wie sie die Charakteristiken des betreffenden Standes darstellen sowie Materialeigenschaften der betreffenden Tafel.

Wenn die Tafel die Stande des Walzwerkes durchläuft, 1st die Geschwindigkeit der Massenströmung konstant, so daß unter der Annahme einer konstanten TafelbreiteJ

Vo = ^vi^hi = ^eVA "■·"

so daß V_n = (2)

Dabei ist v_Q und h_Q die Geschwindigkeit bzw. die Dicke der Tafel, wenn sie in das Walzwerk einläuft und ν und h sind Geschwindigkeit bzw. Dicke der Tafel, wenn sie den η-ten Stand verläßt.

Die Leistung H_n des zehnten Standes steht mit dem Drehmoment G_n und der Drehzahl N_n durch die folgende Gleichung in Beziehung:

log_eH_n - log_eG_n + 1Og₈N_n -Ic₁ O)

Dabei ist k^ eine Konstante.

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Die Nummer N„ 1st proportional zu v„ und deshalb proportional

if Vi .Ii

^zu 0 0 wie sich aus der Gleichung (2) ergibt.

^hn
Dadurch wird die Gleichung (3):

log H ss log G + log — (4)

^β η«

Dabei ist k_o eine Konstante und der Ausdruck logJJ ist durch die Gleichung (l) gegeben, wobei das Drehmoment G_n der Parameter X 1st. Es ergibt sich daher, daß die Gleichung (4) eine spezielle Form der Gleichung (1) darstellt.

Der Computer benutzt die Gleichungen (l) und (4) wie folgt, um die erforderlichen Stand-Dickenverminderungen zu bestimmen, die das Kriterium des maximalen Durchganges ergeben, wenn die Tafel bekannter Dicke h_Q auf die erwünschte Enddicke iu vermindert wird.

Für das spezielle beschriebene Walzwerk sind die Ausdrücke in den Leistungsserien P₁, p₂, p^ und ρ~ gemäß Gleichung (1) für Leistungen von T größer als zwei nicht bedeutend und können mit nur geringem Genauigkeitsverlust vernachlässigt werden. In den LeistungsSerien p.,, p^ und p₇ ist der Ausdruck

2 ^

T ebenfalls vemachlässigbar.

^ ₇

Wk Für jeden Stand enthält der Computer im Speicher empirisch bestimmte Werte der Konstanten a_Q, a-j^ und wenn zweckmäßig a₂ für jede Funktion A₀, A.usw. jedes Parameters und diese speziellen Werte werden aus vorhergehenden Walzvorgängen von Tafeln gleicher Beschaffenheit bestimmt, die die. zu walzenden Tafeln aufweisen.

Vor der Ankunft der Tafel am Stand 10 berechnet der Computer den maximal zulässigen Wert von v_Q und die Tafelgeschwindigkeit beim Einlauf in das Walzwerk insgesamt wie folgtι ;.

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Die Standleistung erhöht sich monoton mit v_Q und da der Stand die maximal zulässige Leistung immer.hat, kann dieser spezielle Wert der Leistung in der Gleichung (4) benutzt werden, wobei ein voraussehbarer Wert der Tafeltemperatur T benutzt wird, damit der Computer für jede von einer Zahl gewählter Werte von h-, den Maximalwert von v_Q bestimmen kann, mit dem durch die Standnennleistung eine Bearbeitung erfolgen kann.

Es wird eine weitere Berechnung durch den Computer durchgeführt, um zu gewährleisten, daß die maximal zulässige Walzenbelastung beim Walzvorgang nicht überschritten wird. Um diese Berechnung durchzuführen, löst der Computer die Gleichung (1) mit der Walzenbelastung des Standes 13 als Parameter X und benutzt die gespeicherten Konstanten a_Q, &^ und a_g, die dem Stand 13 und der Walzenbelastung angepaßt sind. In analoger Weise, wie oben in Verbindung mit der Nennleistung beschrieben, wird der maximal zulässige Wert der Walzenbelastung in der Gleichung ersetzt und die maximalen Werte von v_Q entsprechenden gewählten Werten von h-, werden bestimmt. Die Werte von v_Q, die auf diese Weise berechnet werden, werden dann jeweils mit den entsprechenden Werten von v~ verglichen, die aus der maximalen Leistung und dem kleineren der beiden Werte jedes Wertes von h, erhalten werden und dieser Wert wird gespeichert.

Eine andere Beschränkung,der v_Q unterworfen ist, ergibt sich durch die Arbeitsgeschwindigkeit Nn des Standes 13, die einen bekannten Grenzgeschwindigkeitswert nicht überschreiten darf. Um zu gewährleisten, daß der Stand 13 nicht bei einer diesen Wert überschreitenden Drehzahl arbeitet, berechnet der Computer den Wert von V₀, der durch die folgende Beziehung gegeben ist:

Vo -V*

Dabei ist v^ der Grenzwert entsprechend dem Grenzwert von N^. Dieser Wert von v_Q wird mit den Werten von v_Q verglichen, die bei dem vorhergehenden Vergleich erhalten wurden und in jedem

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Pall wird der kleinere der Werte genommen und im Speicher mit dem entsprechenden Wert von tu aufgenommen.

Es besteht auch ein unteres Geschwindigkeitsminimum,unter das die Drehzahl des Standes 13 nicht fallen kann. Wieder wird die Beziehung IIqVq = hj-v^, benutzt und der Computer berechnet den Wert von v_Q, der bei dieser Grenzzahl zutreffend ist und vergleicht diesen Wert mit den Werten von v_A, die aus vorhergehen-

Jeden Wert den Vergleichen erhalten wurden und er weist/von n-, zurück, für den der Wert von.. v_Q,der durch den Minimurawert von Nh bestimmt wird, den Wert Vq überschreitet, der durch die Vergleiche erhalten wurde.

Aus den obigen Berechnungen werden daher maximale Werte von v_Q für eine Zahl gewählter Werte der Zwischenstandhöhe h·, zwischen den Ständen 12 und 13 erhalten und im Speicher gespeichert.

Wenn man jeden üer gewählten Werte von h- nacheinander als Standausgangsdicke benutzt, dann führt der Computer weitere Berechnungen und Vergleiche durch, die den obenerwähnten identisch sind, aber diesmal inbezug auf den Stand 12, d.h. für- eine Zahl gewählter W^erte von Eingangsdicken h_£. Dabei ist festzustellen, daß die Gruppen von Werten von a_Q, a, und a₂,die für den Stand 12 geeignet sind, benutzt werden. Die Massenströmungsbedingung h_Q, v_Q = h-zV-, wird benutzt, um die Grenzwerte von Vq zu bestimmen, soweit es die Standgeschwindigkeit betrifft.

Die resultierenden maximalen Werte von Vq werden dann mit den entsprechenden (in Bezug auf h-,) Werten von v_Q verglichen, wie oben im Hinblick auf den Stand 13 und für jeden Wert von h₂ wird der geringere der beiden Werte von v_Q für jeden Wert von h-, genommen.

PÜr jeden der gewählten Werte von h₂ nimmt dann der Computer den größten (oder den größeren, je nachdem) der entsprechenden Werte von V₀ und hält ihn im Speicher zusammen mit dem zugeordneten

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' Wert von h,. Dieser Wert von h-, ist ein optimaler Wert der Tafeldicke zwischen den Ständen 13* soweit es einen maximalen Durchgang anbetrifft, d.h. für den speziellen Wert von hg, der in Betracht steht. Die Stände 12 und Ij5 in Kombination können daher als einziger Stand angesehen werden. ·

PUr jeden einer Zahl gewählter Werte der Eingangsdicke Ji₁ des zweiten Walzenstandes 11 liefert dann der Computer für jeden der gewählten Werte von hg Werte von v_Q, die wie oben maximal sind.

Diese Werte von v_Q werden dann mit den entsprechenden Werten von V₀ verglichen, die, wie oben erwähnt, aus der Kombination der Stände 12 und IJ abgeleitet werden und für jeden Wert von h^ wird der geringere Wert von h_Q genommen für jeden Wert von hg·

Für jeden der gewählten Werte von Ja₁ nimmt der Computer dann den größten Wert der entsprechenden Werte von Vq und hält ihn im Speicher zusammen mit den zugeordneten Werten von hg. Dann können die Stände 11,12 und IJ in ihrer Kombination als einziger Stand angesehen werden.

Dann wird der Stand 10 betrachtet. Die Eingangsdicke h_Q 1st bekannt und unter Benutzung dieses Wertes liefert der Computer einen Werf von v_Q, der maximal unter Berücksichtigung der Beschränkungen gemacht worden ist, die durch den Stand 10 eingeführt wurden und zwar für jeden gewählten Wert von h^.

Diese maximalen Werte werden dann mit den entsprechenden Werten von V₀ verglichen, die aus der Kombination der Stände 11,12 und IJ abgeleitet werden und für jeden Wert von h-, wird der geringere Wert von v_Q benutzt. Dann wird jener Wert von h,, der den größten ^wert von v« ergibt, gewählt. Die zugeordneten Werte von hg und h-, werden nacheinander aus den optimalen Werten ausgewählt, die im Speicher enthalten sind.

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Durch die vorstehenden Berechnungen und Vergleiche werden daher die Werte der Zwischenstandabmessungen h,, hg und h-, bestimmt, die notwendig sind, um das Walzwerk mit maximalem Durchgang arbeiten zu lassen. Außerdem wird die erforderliehe Eintrittsgeschwindigkeit in das Walzwerk bestimmt und daraus durch die Massenströmungsbeziehung, die erforderliche Zwischenstandgeschwindigkeit.

Da nur eine Zahl diskreter Werte der Zwischenstanddicke benutzt wurde, 1st ersichtlich, daß die Werte von h^, hg und h, sowie V₀, die auf diese Weise bestimmt wurden, nur angenähert richtig sind. Um genauere Werte von h.,,hg,h, und Vq zu erhalten, werden die vorstehenden Berechnungen ein zweites Mal durchgeführt, wobei eine kleinere Masche geeignet gewählter Werte von Zwischenstanddicken benutzt wird, die auf den Zwischenstanddicken basieren, die bereits bestimmt wurden. Diese genaueren, so erhaltenen Werte werden dann benutzt, um die Walzspalteinstellung der Stände vor Einlaufen der Tafel einzustellen.

Um die erforderliche tatsächliche Walzspalteinstellung vorzunehmen, d.h. eine Einstellung derart, daß jeder Stand eine solche Streckung durchführt, daß die erforderliche Dickenverminderung stattfindet, wird eine Funktion der zu erwartenden Walzenbelastung und die VJandsteifigkeit im Computer von der jeweiligen Ausgangstafeldicke subtrahiert, die wie oben beschrieben berechnet wurde. Die Walzenbelastung wird dann aus der Gleichung (1) berechnet.

Den Walzspalteinstellungen proportionale Signale, die so vorhergesagt werden, laufen dann vom Computer nach der entsprechenden Niederschraub-Steuervorrichtung 21 und diese steuern demgemäß ihre zugeordneten Niederschraubmotoren,um die Arbeitswalzen 16 und die Widerlagerwalzen 19 zu bewegen, bis der Walzspalt die vorbestimmten Werte hat.

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Die obenbeschriebene Einstellung des Walzwerkes erfolgt, bevor die ankommende Tafel das Pyrometer 22 erreicht. Wie oben beschrieben, ist der Wert der Tafeltemperatur T, der in der Berechnung der Punktionen A_Q bis Aj, benutzt wird, ein erwarteter Wert. Wenn die Tafel das Pyrometer 23 erreicht, fühlt letzteres die Tafeltemperatur ab, die von der erwarteten Temperatur unterschieden ist. Dann berechnet der Computer erneut die Walzspalteinstellung auf der Basis des neuen Temperaturwertes. Durch Benutzung der gleichen Werte von Zwischenstanddicke, wie sie bei der zweiten Berechnung,(d.h. bei der feineren Masche),benutzt wurden, wird die für diese neue Berechnung erforderliche Zeit genügend klein gehalten, um eine Einstellung der Walzspalte der Stände vorzunehmen, wo dies erforderlich ist, und zwar bevor die Tafel den Stand 10 erreicht hat.

Die Tafel erreicht dann den Stand 10 und wird ihrer ersten Dickenverminderung in diesem Stand unterworfen. Beim Austritt aus dem Stand 10 wird die tatsächliche Dicke h₁ der Tafel durch die Röntgenstrahlenmeßvorrichtung 24 festgestellt und ein dieser Dicke proportionales Signal wird nach dem Computer geleitet. Stattdessen könnte die Dicke Ji₁ der aus dem Stand austretenden Tafel durch Messen der Walzenbelastung und der Walzspalteinstellung des ent- __r azjunpaares 15 und 16 abgeschätzt werden. Wenn aus

irgendwelchen Gründen eine Abweichung zwischen dem tatsächlichen und dem abgeschätzten (gespeicherten) Wert von h, besteht, dann führt der Computer eine weitere Berechnung durch und bewirkt eine Neueinstellung der Walzenspalte der Stände 11,12 und 13, wo dies notwendig ist unter Berücksichtigung des tatsächlichen Wertes von

Dadurch, daß die tatsächliche Temperatur der Tafel beim Eintritt in das Walzwerk benutzt wird und die tatsächliche Dicke der Tafel, wenn sie den Stand 10 verläßt, wird eine Walzwerkssteuerung mit einer hohen Anpassungsfähigkeit erreicht, da die Rollspalteinstellungen, die vorgegeben waren, bevor die Tafel in das Walzwerk eintritt, während des Walzvorganges nachgestellt werden, um irgendwelche Fehler zwischen tatsächlichen und angenommen Werten der Tafelparameter in Betracht zu ziehen.

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Wenn die Geschwindigkeit des Computers ausreichend groß ist, kann eine weitere- Röntgenstrahlenmeßvorrichtung zwischen'den Ständen 11 und 12 angeordnet werden, um dem Computer ein weiteres Signal zu liefern, das die tatsächliche Tafeldicke hg an jedem Punkt anzeigt. Dieses Signal kann dann zur -erneuten Einstellung der Walzspalte der Stände 12 und 13 gemäß der tatsächlichen Dicke hg benutzt werden, so daß dadurch eine höhe- re Genauigkeit der Ausgangsdicke: beim Austritt der Tafel aus dem Walzwerk erlangt, werden kann. Im Idealfall ist-eine weitere Röntgenstrahlenmeßvorrichtung zwischen den Ständen 12 und.IjJ ■-angeordnet, um die Anpassungsfähigkeit weiter auszudehnen. '

Nach Durchlaufen des Standes 10 wird die Tafel in den Ständen · 11,12 und IJ) weiteren Dickenverminderungen ausgesetzt. Die tatsächliche Dicke der Tafel, die sie beim Austritt aus dem Stand * Ij5 besitzt, wird durch eine RöntgeQStrahlenmeßvorrichtung 25 festgestellt und das durch diese Vorrichtung 25 erzeugte Signal, das proportional der Dicke der austretenden Tafel ist, wird im Computer umgeformt, um eine Neueinstellung des. Walzspaltes aller Stände vorzunehmen, und zwar im Sinne einer Verminderung

oben
des Fehlers, Wenn trotz der ^beschriebenen Anpassungsfähigkeit,-.:; dennoch irgendein Fehler zwischen tatsächlicher und gewünschter ,;* Dicke der das Walzwerk verlassenden Tafel vorhanden ist.

In der vorstehenden Beschreibung wurde die Berechnung der erforderlichen Zwischenstandstärke mit dem letzten Stand (Stand 1>) begonnen und es wurde nach dem ersten Stand zurückgearbeitet. Stattdessen könnte die Berechnung jedoch auch die Stände in der umgekehrten Folge berücksichtigen. Auch könnte_; die Walzwerk-: . Ausgangsgeschwindigkeit Vu anstelle der Eingangsgeschwindigkeit Vq als Bezugsvariable benutzt werden.

Die zeitliche Beziehung der. verschiedenen Berechnungen und-Ver- . gleiche braucht nicht so exakt* wie beschrieben,, durchgeführt zu werden, und es ist irgendeine andere geeigneter Folge von Berechnungen und Vergleicheh denkbar. Auch kann die Bezugsvariable

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XSfT.'"^!

(Vq oder v^) zusätzlich oder stattdessen auf den maximalen Wert inbezug auf die Walzenparameter gebracht werden und nicht die Standleistung, Standgeschwindigkeit oder Standbelastung. Z.B. könnte ein maximaler Wert inbezug auf Tafelzug und Temperatur angestrebt werden.

In der vorstehenden Beschreibung wurde der Walzvorgang derart beschrieben* daß das Kriterium eines maximalen Verfahrensdurchganges befriedigt wird. Es können jedoch auch andere Kriterien bei einem Walzverfahren gemäß der Erfindung benutzt werden. In der folgenden Beschreibung wird wiederum das Walzwerk herangezogen, das allgemein in Pig.l dargestellt ist, und zwar in Verbindung mit einer Ausführungsform der Erfindung, wobei der Walzvorgang so eingestellt wird, daß das Kriterium eines minimalen Leistungsbedarfs bei gegebenem Durchsatz erhalten wird. Um dies zu erreichen, wird das folgende Verfahren durchgeführt, das in Verbindung mit Fig.2 erläutert wird.

Unter Benutzung der Gleichung (4) berechnet der Computer die Leistung Sj,, die erwartungsgemäß im Stand 13 benötigt wird, um die Tafel auf die erforderliche Enddicke Iu zu bringen, und zwar ausgehend von einer Zahl gewählter Werte einer Eingangsdicke hu, d.h. für einen speziellen Walzendurchsatz. Jeder Wert von h,, der eine übermäßige Standleistung ergibt, wird zurückgewiesen.

Zum Zwecke der obigen Berechnung benutzt der Computer in der Gleichung (4) Werte von A_Q, A₁, A₂, A, und A₂^, die aus dem Speicher gemäß den bekannten Charakteristiken des Standes 13 selbst ausgewählt wurden und im Hinblick auf die bekannte Beschaffenheit und vorgegebene Temperatur der Tafel.

Damit Geschwindigkeitsbegrenzungen des Standes zugelassen werden können, benutzt der Computer den bekannten Durchsatz der Massenströmungsbeziehung, um die Werte von h-, zu erhalten, die der maximal und minimal zulässigen Eintrittsgeschwindigkeit am Stand entsprechen. Jeder der gewählten Werte von h,, der außer-

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halb dieser beiden Grenzwerte liegt« wird ausgeschieden. Die Werte der Leistung S^, die, wie oben erwähnt, berechnet wurden, und die zugeordneten Werte der Bingangsdicke h-, werden dem Speicher des Computers zugeführt und dort belassen. Der Computer speichert demgemäß eine Zahl von Funkten, die die graphische Darstellung nach Fig.2a definieren.

Jeder der gewählten Werte der Dicke h-, des Computers benutzt dann die Gleichung (4), um die Leistung zu bestimmen, die im Stand erforderlich ist, um die Tafel, ausgehend von einer Zahl gewählter Werte der Eingangsdicke hg (vor Eintreten in den Stand 12) auf den Wert h, zu bringen. Dabei werden nur jene Werte der Bingangsdicke hg berücksichtigt, die innerhalb der Grenzen liegen, die durch die Geschwindigkeit im Stand 12 bestimmt werden. Die Werte von A₀ bis A₁^, die dieser Leistung im Stand 12 entsprechen, werden natürlich für diese Lösungen benutzt. Wie für den Stand IJ zieht der Computer jede Begrenzung, sei es Leistung oder Geschwindigkeit,, in Betracht, die dem Stand 12 eigen sind, indem unzulässige Werte von h₂ ausgeschieden werden.

Für jeden der gewählten Werte von hg addiert dann der Computer den Leistungswerten des Standes 12 entsprechend den gewählten Werten von a^ die^ geeigneten Leistungswerte des Standes 13 hinzu. Diese Werte der Gesamtleistung der Stände 12 und 13, S^ip erzeugen bei einem Auftragen gegenüber h-, eine Kurvenschar und zwar je eine Kurve für jeden Wert von hg. Wie aus der graphischen Darstellung nach Fig.2b ersichtlich, hat jede Kurve ein Minimum. Der Computer bestimmt den Minimalwert der Leistung S,j, für jeden Wert hg und zusammen mit dem entsprechenden Wert von hg und h-, wird er im Computer gespeichert.

Der Computer nimmt so in seinen Speicher eine Reihe von Funkten auf, die die graphischen Darstellungen gemäß PIg.2c definieren. Diese graphischen Darstellungen sind in ihrer Form der graphischen Darstellung gemäß Fig.2a ähnlich, so daß nunmehr die Stände 12 und 13 in Kombination als Einzelstand betrachtet werden können.

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Pur Jeden einer Zahl gewählter (und gesicherter) Werte der Eingangsclicke hj_ (Dicke vor Einlauf en in den Stand 11) berechnet dann der* Computer die Leistung, die im Stand 11 erforderlich ist* um die Tafel auf jeden dieser vorher benutzten Dickenwerte h₂ zu bringen. Diese Ergebnisse der Leistungen werden dann den entsprechenden (inbezug auf hp) Werten der Leistung S-,21 hinzuaddiert, um eine Kurvenschar zu erzeugen, die in Pig.2d dargestellt ist. Wie bei den" Kurven nach Fig.2b sind die Kurven der Kurvenschar je mit einem Minimalwert versehen und der Computer wählt in gleicher Weise die berechneten Minimalwerte der Kurven und speichert sie zusammen mit den entsprechenden Werten von h, und hg ein. Diese Punkte definieren die graphische Darstellung nach Fig.2e. Nun können die Stände 11,12,13 in Kombination als Einzelstand betrachtet werden.

Pur die bekannten Dickenwerte der Tafel vor Einlauf in das Walzwerk (Eingangsdicke tu) berechnet dann der Computer die für den Stand 10 erforderliche Leistung,mit der dieser die Tafel auf jeden der bereits benutzten Werte h,vermindern kann und diese Leistungswerte werden mit den entsprechenden (inbezug auf h,) Werten jener Leistung verglichen, die in den Ständen 11,12 und 13, wie oben,bestimmt wurde. Dies liefert eine einzige Kurve, wie in Fig. 2f dargestellt. Sie besitzt einen berechneten Minimalwert, der gewählt und dann mit dem zugeordneten Wert von h, im Speicher des Computers gespeichert bleibt. Dieser Minimalwert ist der angenom- ■ mene Minimalwert der Gesamtleistung, die an den vier Ständen des Walzwerkes erforderlich ist, um die Tafel von der bekannten Eingangsdicke auf,die gewünschte Ausgangsdicke bei gegebenem Durchsatz zu reduzieren.

Wie bereits im einzelnen für die Berechnungen der Leistung der Stände 12 und IJ beschrieben, werden alle Werte von Zwischenstanddicken ausgeschieden, die übermäßige Leistungsanforderungen irgendeines der Stände ergeben, so daß dieser vorausgesetzte Minimalwert der für das Walzwerk erforderlichen Gesamtleistung keine Überlast in einem der Stände erfordert. Außerdem werden alle Ge-

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schwlndigkeitsbeschränkrmgen der Walzenstände während der Berechnung, wie oben beschrieben, in Betracht gezogen, so daß keine überhöhte oder unzulässig niedrige Geschwindigkeit an einem Stand des Walzwerkes auftritt.

Weitere Beschränkungen können im Hinblick auf die ZwIschenstanddicken durch die Walzen selbst eingeführt werden. Um jegliche Beschränkung der Walzenbelastungen in Rechnung zu ziehen, werden die Walzenbeiastungen für Werte der Zwischenstanddicken, wie sie bei der Berechnung der spezifischen Leistung benutzt werden, getrennt von der Berechnung der Leistung berechnet und es wird die Gleichung (1) mit geeigneten Werten von Aq bis Aj, benutzt. Jeder Wert ^von Zwischenstand-Stärke, der eine übermäßige Walzenbelastung ^ ergibt, wird ausgeschieden.

Auf diese Welse wird jede Beschränkung am Stand bezüglich Leistung, Drehzahl und Walzenbelastung leicht berücksichtigt. In gleicher Weise können andere Parameter eingeführt werden, z.B. Zug auf dem Blech und Temperatur.

Wenn die auf die beschriebene Weise erlangten Daten im Computer gespeichert werden, bestimmt dann der Computer die Werte der Tafeldicke zwischen den Ständen wie folgt:

Es wird der berechnete minimale Wert von hj., der im Speicher vor-Bk handen ist, benutzt. Der Computer wählt den Wert hg heraus, der jenem Wert hu entspricht und der Computer wählt diese Werte als die erforderliche Dicke zwischen den Ständen 11 und 12. Dieser ^wert von hg wird dann wiederum bei der Wahl des erforderlichen Wertes für" tu benutzt.

Wie bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel werden die obenbesohriebenen Berechnungen ein zweites Mal mit einer geringeren Maschengröße durchgeführt, um genauere Werte von h, ,h₂ und Iw zu erhalten, wobei diese kleinere Maschenweite geeignet gewählte

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Werte der Zwlschenstanddicke aufweist, die auf der bereits bestimmten Zwischenstanddicke beruhen.

Die genaueren Werte von h,,toaX hg und h, werden dann bei der Einstellung der Walzenspreizung in den Ständen vor Einlauf der Tafel benutzt. Wie vorher, wird eine vorbestimmte Streckung der Walzenstände zugelassen, wenn die Tafel hindurchtritt.

Die Tafel tritt dann durch das Walzwerk hindurch und dabei wird sie 3SX auf die erforderliche Enddicke ausgebreitet. Hierbei wird wiederum eine gewisse Abweichung der Tafeltemperatur (beim Eintritt) von einem vorbestimmten Wert zugelassen und es wird auch eine Abweichung bezüglich der tatsächlichen Dicke der den ersten Stand verlassenden Tafel von dem gelieferten Einstellwert zugelassen. " Die negative Rückkopplung, die oben beschrieben wurde, ist ebenfalls vorgesehen, so daß irgendeine Abweichung der Endblechdicke von dem gewünschten Wert durch gleichzeitige Steuerung sämtlicher Stände korrigiert wird.

Die Geschwindigkeit, mit der die Tafel durch das Walzwerk hindurchläuft, beeinflußt die Walzenspalteinstellung, die erforderlich ist, um die optimale Zwischenstanddicke zu erhalten,und es wird Vorsorge für eine Veränderung der Geschwindigkeit der Tafel (zwischen Einführungsgeschwindigkeit und Arbeitsgeschwindigkeit) getroffen, indem die Walzenbelastungen an diskreten Intervallen der Geschwindigkeit vorbestimmt werden, wenn das Band be- ä

schleunigt wird und durch Benutzung dieser Werte der Walzenbelastung bei der Steuerung der Walzenspalteinstellung. Auf diese ^weise wird die Zwischenstanddicke über die gesamte Streifenbeschleunigung im wesentlichen auf ihren optimalen Werten gehalten. Die Werte der Rollenbelastung werden berechnet unter Benutzung unterschiedlicher Gruppen von Werten der Funktionen A₀ bis A^ in der Gleichung (l). Diese Technik ist auch verfügbar für den vorbeschriebenen Walzprozeß , bei dem das Kriterium des maximalen Durchsatzes angewendet wurde.

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Die Erfindung ist nicht beschränkt für Walzvorgänge, wie diese vorstehend beschrieben wurden, noch ist sie beschränkt in der Anwendung auf mehrstufige Heißwalzenwerke zur Bearbeitung von Stahl.

Die Erfindung kann z.B. auch in Kaltwalzwerken für Stahl benutzt werden und auch für Walzwerke mit einem einzigen Walzenstand, dem das Material wiederholt zugeführt wird, und die Erfindung kann auch Anwendung finden beim Walzen von anderen Werkstoffen als Stahl. Wenn die Erfindung auf ein Walzwerk mit einem einzigen Stand angewendet wird, dann stellt der Computer das. Walzwerk anfänglich für den ersten Durchgang ein, wobei die optimale Walzenspalteinstellung für jeden Durchgang berechnet und ge» speichert wird. Der Walzenspalt wird dann sukkzessive zwischen den Durchgängen gemäß dieser Einstellungen korrigiert und neu eingestellt. In analoger Weise zu den obenbeschriebenen zwei Walzenverfahren kann beim Einlauf und zwischen den Durchläufen durch Änderung der Walzenspalteinstellung jeder Fehler zwischen tatsächlichen und angenommenen Werten der Tafelparameter vorgenommen werden.

Bei Anwendung der Erfindimg auf ein Walzwerk mit mehreren Walzen ist es für die Walzenspreizung nicht erforderlich, gleichzeitig sämtliche Stände, wie oben erwähnt, einzustellen. Diese Stände können auch sukzessive stufenweise, aber jeweils vor dem durch ^ das betreffende Walzenpaar hindurchtretenden Gegenstand eingestellt werden. Eine solche Anordnung erfordert keine Wiedereinstellung jedes Walzenspaltes nach der anfänglichen Einstellung, wobei jedoch gleichzeitig jegliche Abweichungen von den vorbestimmten Werten der Charakteristiken des Materials zulässig sind, das dieses aufweist, wenn es in das Walzwerk eintritt bzw. dieses öurchläuft.

Die Gleichung (1) hat eine allgemeine Form, die insbesondere geeignet ist zur Lösung bei einem Digital-Computer. Es können jedoch auch andere Formen von Gleichungen benutzt werden. Außerdem

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braucht die Gleichung (l) nicht voll benutzt zu werden und bei einigen Anwendungen der Erfindung kann eine genügend hohe Oenauigkeit erlangt werden, wenn z.B. auch der Ausdruck A^ (log r) vernachlässigt wird.

Die Gleichung (l) kann Jede geeignete logarlthmische Basis haben, obgleich die Basis er,d.h. die Basis des natürlichen Logarithmus, zu bevorzugen ist.

Die Erfindung wurde vorstehend insbesondere unter Bezugnahme auf einen minimalen Leistungsbedarf und einen maximalen Durchgang als benutztes Kriterium beschrieben. Jedoch können erforderlichenfalls auch andere Kriterien Anwendung finden.

So ist bei einem Walzverfahren gemäß der Erfindung das in Betracht gezogene Kriterium minimale Leistung pro Einheitsdurchsatz. Durch Wiederholung eines dem vorbeschriebenen Verfahren ähnliohen Verfahrens,wie es erforderlich ist, um das Kriterium der Minimalleistung zu erhalten, kann die Minimalleistung und die zugeordnete Walzeneinstellung für jede einer Zahl von unterschiedlichen Durchgängen erhalten werden. Die gewählte Walzeneinstellung ist diejenige, die das kleinste Verhältnis von minimalem Leistungsνerbrauch zu Durchsatz besitzt.

Die Erfindung ist auch nicht beschränkt auf Walzverfahren mit vier aufeinanderfolgenden Walzstufen, wie dies oben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert wurde, sondern sie ist auch anwendbar für Walzverfahren mit zwei oder mehreren Walzstufen.

In dem vorbeschriebenen Walzverfahren arbeitet? der Computer leiÄtungsverbunden, d.h. speicherfrei, um solche Rechnungen und Vergleiche durchzuführen, wie es notwendig ist, um die für die Walzeneinstellung erforderlichen Werte zu erhalten (d.h. um einen optimalen Wert für einen vorbestimmten Parameter in diesem Verfahren insgesamt zu erhalten). Es ist jedoch klar,

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daß stattdessen die erforderlichen Einstellwerte für unterschiedliche Kombinationen von Materialeigensehaften, Endabmessungen, Temperatur u.dgl* auch leitungsgetrennt, d.h. absatzweise, durchgeführt werden können. Eine Walζenelnsteilung bei Annäherung des Werkstückes an die erste Stufe kann durch Wahl jener Einstellwerte erlangt werden, die für das Werkstück geeignet erscheinen und durch geeignete Einstellung des Walzenspaltes.

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Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Mehrstufiges Walzverfahren zur Dickenverminderung deformierbaren Materials, ausgehend von einer, bekannten Anfangsdicke bis zu einer gewünschten Enddicke, wobei das Werkstück in wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Stufen zwischen je einem Walzenpaar hindurchläuft, dadurch' gekennzeichnet, daß einem Computer (26) Eingangsdaten zugeführt werden,* die sich auf die Endabmessungen des Verfahrens und andere bekannte oder angenommene Charakteristiken des Materials beziehen, daß der Computer veranlaßt wird, diese Charakteristiken zu verarbeiten und Einstellwerte für den Wal- gt zenspalt in jeder Stufe zu erzeugen, um für den Gesamtwalzprozeß einen optimalen Wert für einen vorbestimmten Parameter zu erhalten,und daß der Computer veranlaßt wird, den Walzenspalt in wenigstens jener Stufe einzustellen, in die das Werkstück gerade einläuft.

   2. Verfahren nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhalt der Einstellwerte der Computer für jede Stufe wenigstens eine Gleichung löst, die wenigstens angenähert die nachstehende allgemeine Form besitzt:

   log X = A₀ + Aj^logR/h + A-plogr + A^logr.logR/h + A^(logr) wobei X ein Parameter ist, der aus einer Gruppe von Parametern ausgewählt ist, z.B. Leistung, Walzendrehmoment und Walzenbelastung, wobei R der Walzenradius ist, wobei h eine der Zwischenstufendicken ist, wobei r die erfolgte Dickenverminderung ist und wobei A_Q, A,,Ap,A, und hu Speicherwerte sind, die gemäß den Charakteristiken der Stufe selbst und des zu walzenden Materials gewählt sind.

   J5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet ,

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   daß zur Lieferung der Einstellwerte durch den Computer für jede Stufe separat unter Benutzung von einer Vielzahl von Triadenwerten der Materialdicke zwischen jedem Paar aufeinanderfolgender Stufen ein Wert des Parameters für jede Kombination der Stufeneingangs- und -ausgangsdicke berechnet wird, wobei diese Parameter unter Berücksichtigung von Grenzbedingungen benutzt werden, die die Durchführung des Verfahrens in j ener Stufe betreffen,.daß der Wert des Parameters auf einen optimalen Wert gebracht wird, wie dieser zwischen einer der Endstufen und der benachbarten Stufe für die Verfahrenssnddicke auftritt, welch letztere Stufe nicht mit der Endstufe assoziiert ist, oder wenn mehr als zwei Stufen vorhanden sind, für jede der Triadenwerte von Materialdicke einlaufenden oder auslaufenden Materials der Stufen, wobei diese Stufen in Kombination zusammengefaßt werden, und daß das Optimierungsverfahren für jede etwa vorhandene weitere Stufe aufeinanderfolgend wiederholt und kumulativ in Kombination mit der erhaltenen Kombination τ&οη Endstufe und benachbarter Stufe durchgeführt wird, wobei die letzten Optimierungsverfahren, die den Gesamtoptimalwert des Parameters erzeugen, diese Triadenwerte der Zwischenstufendicke im Speicher halten, die durch eines oder mehrere Optimierungsverfahren gewählt wurden, und daß schließlich aus den gespeicherten Triadenwerten von Zwischenstufendicken die dem Gesamtoptimalwert des Parameters zugeordnete Dicke ausgewählt wird.

   Verfahren nach Anspruch 5,
   dadurch g e k e η η ζ ei eh η et , daß die gewählten Triadenwerte modifiziert oder gesichert werden, so daß der Parameter seinem optimalen Wert nahekommt, "indem das Optimierungsverfahren wiederholt wird,, wobei als Triadenwerte der Dicke zwischen jedem Paar benachbarter Stufen dicht aufeinanderfolgende Werte benutzt werden, die allgemein um den Wert herumliegen, der durch das erste Optimierungsνerfahren erlangt wurde.

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   5· Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet , daß, bevor das Werkstück der ersten Stufe zugeführt wird, der tatsächliche Wert der Materialcharakteristik bestimmt wird, für den ein bestimmter Wert bei der Berechnung der Einstellwerte angenommen wurde, daß der Computer Nachberechnungen durchführt, wenn es notwendig 1st, die Einstellwerte zu sichern oder abzuwandeln gemäß dem gemessenen Wert der Charakteristik, um den Gesamtoptimalwert des Parameters zu erhalten, und daß der Computer demgemäß, wenn es notwendig ist, die oder Jede Einstellung des Walzspaltes bewirkt, bevor das Werkstück in die erste Verfahrensstufe einläuft.

   6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5» M dadurch gekennzeichnet, daß der tatsächliche Wert der Materialdicke unmittelbar nach Verlassen der ersten Stufe festgestellt wird, daß der Computer erforderlichenfalls Hachberechnungen durchführt, wobei der tatsächliche Wert als Enddimension benutzt wird,um den Einstellwert des Walzenspalts der oder sämtlicher folgenden Stufen zur Erlangung eines optimalen Wertes des Parameters für jene Stufe festzulegen und daß der Computer demgemäß,wenn und wo es notwendig ist, die Einstellung des Walzenspaltes ändert, bevor das Werkstück In die nachfolgende Stufe oder in die nachfolgenden Stufen eingelaufen ist.

   7. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet , daß von einer Messung der tatsächlichen Enddicke des Werkstückes am Ausgang der Endstufe ein Signal abgeleitet wird, das den Fehler zwischen der tatsächlichen und der gewünsch- ^! ten Enddicke anzeigt, und daß das Signal benutzt wird, um die Walzenspalteinstellung in allen Stufen im Sinne einer Verminderung des Fehlers zu bewirken.

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   8.· Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Parameter die für einen gegebenen Verfahrensdurchgang erforderliche Leistung ist.

   9· Verfahren nach Anspruch J>,

   dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Parameter die für.einen gegebenen Leistungsdurchgang erforderliche Leistung ist und jedes Optimierungsverfahren für die Enddicke oder je nachdem für die Triadenwerte von Dickenabmessungen beim Eintritt bzw. Austritt aus der Stufe die neue Kombination aufweist, gebildet aus dem Optimierungsvepfahren, einer Addition des Wertes der Leistung, gegeben für die betreffende Stufe für den entsprechenden, Inbezug auf die Zwischeristufendieke, Wert der Leistung für die Endstufe oder je nachdem die Kombination, bestehend aus der Endstufe und der benachbarten Stufe, und daß der kleinste oder kleinere Wert je nachdem jener Werte der Leistung gewählt wird, wodurch ein optimaler Parameter für die neue Kombination erhalten wird.

   10. Verfahren nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellwerte vom Computer für eine Zah^/ünterschiedlleh"er Werte des Durchgangs geliefert werden, daß der Computer diese zugeordneten Einstellwerte liefert, für die die geschätzte Leistung per Stufendurchgang für das Verfahren als Ganzes ein Minimum ist, und daß der Computer demgemäß den Walzspalt für wenigstens diejenige Stufe einstellt, in die das Werkstück einläuft»

   11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Parameter der Verfahrensdurchsatz ist.

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   12. Verfahren nach Anspruch 3,

   dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Parameter der Verfahrensdurchsatz 1st und daß jedes Optimierungsverfahren für die Enddicke oder je nachdem für jede der Triadenwerte wart Dicken beim EIn- und Auslauf aus einer Stufe eine neue Kombination aufweist, gebildet aus dem Optimierungsverfahren, einem Vergleich der Werte des Durchsatzes der betreffenden Stufe mit jedem entsprechenden (inbezug auf die Zwischenstufedioke) Wert des Durchsatzes für die Endstufe oder je nachdem die Korabination enthaltend die Endstufe und die benachbarte Stufe, und daß aus jedem Vergleich der untere der beiden Werte des Durchsatzes genommen und der größere oder der größte, je nachdem der Werte des Durchsatzes als optimaler Parameter der neuen Kombination gewählt wird.

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