DE19719318C2 - Verfahren zur Beeinflussung der Bandkontur im Kantenbereich eines Walzenbandes - Google Patents

Verfahren zur Beeinflussung der Bandkontur im Kantenbereich eines Walzenbandes

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung der Bandkontur im Kantenbereich eines Walzbandes, bei dem durch Überlagerung eines konventionellen CVC-Schliffes der störende Nebeneffekt einer einseitig verjüngten Walze auf den Bodybereich des Walzspaltes kompensiert und deren Crown mit Hilfe einer Offline-Berechnung bestimmt wird.
Die bekannte Tapered-Walze mit einseitigem Konus dient beim Walzen von flachen Bändern der Beeinflussung der Bandkontur im Kantenbereich eines Walzbandes. Infolgedessen wird der Tapered-Bereich der Arbeitswalze in der Nähe der Bandkante positioniert, derart, dass er dieser folgt.
Insbesondere in einem Warmwalzprogramm werden Bänder unterschiedlicher Breiten gewalzt und die Walzprogramme zunehmend freier zusammengestellt. Auch für den Einsatz in einer Kaltstraße wird angestrebt, möglichst nur einen Walzentyp für unterschiedliche Walzgutbreiten und Walzbedingungen einzusetzen.
Beim Einsatz der bekannten Tapered-Walze ergeben sich Randbedingungen bei verschiedenen Breiten, wobei das verjüngte Walzenende mehr oder weniger weit unter die Stützwalze geschoben wird, während die Stützwalze unverändert in ihrer horizontalen Position bleibt. Durch den unterschiedlichen Kraftschluss zwischen Arbeits- und Stützwalze in axialer Richtung ändern sich Lastverteilung sowie Abplattungen zwischen Stütz- und Arbeitswalze sowie das Durchbiegeverhalten des Walzensatzes und beeinflussen somit das Profil des Walzspaltes. Damit ergeben sich beim Walzgut unerwünschte Profilformen und Unplanheiten. Hinzu kommt, dass durch andere Einflussgrößen (Walzkraft, thermischer Crown etc.) das elastische Verhalten des gesamten Walzensatzes zusätzlich beeinflusst wird.
Um die Bandqualität bzw. Bandplanheit sicherzustellen, müssen daher zusätzliche Stellglieder, wie Arbeitswalzenbiegung oder Walzkraftumverteilung, eingesetzt werden. Häufig reichen jedoch diese beim Stand der Technik bekannten Maßnahmen nicht aus, um erhöhte Anforderungen insbesondere hinsichtlich der Planheit auch unter extremen Randbedingungen erfüllen zu können. Diese bestehen bei der Erzeugung von Warmband insbesondere darin, Walzprogramme flexibler zusammenstellen zu können, wobei neben größeren Dicken und Materialumstellungen vor allem Breitensprünge in Richtung schmal und breit gewünscht werden (mixed-rolling).
Aus der DE 30 38 865 C1 ist es bekannt, Änderungen des thermischen Crowns und des Arbeitswalzenverschleißes durch geeignete Stellglieder wie Verschiebe- und/oder Biegeglieder, z. B. "CVC" (Continuously Variable Crown)-Verschiebung oder eine geeignete Kühlung, zu kompensieren.
Nach der EP 0 276 743 B1 ist es bekannt, zum Steuern der Balligkeit und/oder des Kantenabfalls von Walzband die horizontale Verschiebung der Arbeitswalzen sowie die auf diese wirkenden Biegekräfte einer an der Aufstromseite befindlichen Gruppe von Walzgerüsten eines Tandemwalzwerks nach Maßgabe der Walzbedingungen einschließlich der Breite der Bänder einzustellen.
Aus der DE 22 06 912 C3 ist ein Vorschlag bekannt, bei Sexto-Gerüsten die Zwischenwalzen in Anpassung an die Walzgutbreite so verstellbar auszubilden, dass ein Ende des wirksamen Walzenballens der oberen Zwischenwalze im Bereich der einen Walzgutkante, und das gegenüberliegende Ende des wirksamen Walzenballens der unteren Zwischenwalze im Bereich der unteren Walzgutkante liegt, wodurch jede Arbeitswalze ein vom Andruck der zugehörigen Zwischenwalze freies Endteil erhält und Walzenbiegevorrichtungen an den Enden der Arbeitswalzen angreifen. Die Walzen sind dabei in konventioneller Weise symmetrisch ballig geschliffen bzw. es sind Walzenbiegevorrichtungen vorgesehen. Ein Endteil der Zwischenwalzen ist in einem relativ kurzen Teil konisch verjüngt ausgebildet, mit dem Nachteil einer sprunghaften Änderung der Lastverteilung im Bereich des Überganges vom wirksamen Walzendurchmesser in die Konizität.
Aus der DE 22 60 256 C2 ist ein Walzgerüst mit Einrichtungen zur gegensinnigen Axialverschiebung der Arbeitswalzen bei Änderungen der Walzgutbreite bekannt, damit jeweils ein Ende der Arbeitsfläche einer Arbeitswalze zwischen einer Walzgutkante und dem Ende der zugeordneten Stützwalze gehalten ist. Darüber hinaus sind auch Zwischenwalzen vorgesehen, wobei die obere Zwischenwalze in der gleichen Richtung wie die untere Arbeitswalze und die untere Zwischenwalze in der gleichen Richtung wie die obere Arbeitswalze verschiebbar ist. Auch hier ist wiederum nur eine konische Verjüngung der Enden der Zwischenwalzen vorgesehen, mit der vorgenannten nachteiligen Wirkung.
Ausgehend vom aufgezeigten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine Walzenform bestimmt wird, bei der der Einfluss einer Axialverstellung einer Walze mit verjüngtem Ende auf das elastische Verhalten des Walzensatzes im Sinne einer unerwünschten Änderung des Body-Walzspaltes kompensiert werden kann, ohne dass es hierzu kosten­ trächtiger Einrichtungen oder Maßnahmen bedarf.
Die Lösung der Aufgabe gelingt mit der Erfindung bei einem Verfahren der im O­ berbegriff von Anspruch 1 genannten Art, bei dem der störende Nebeneffekt einer einseitig verjüngten Walze auf den Bodybereich des Walzspaltes durch Überlage­ rung eines konventionellen CVC-Schliffes kompensiert und deren Crown mit Hilfe einer Offline-Berechnung bestimmt wird, dadurch, dass als Arbeitswalzen einseitig verjüngte CVC-Walzen verwendet werden, deren Profil im Bereich zwischen Wal­ zenende und einem Cut-Point einen steilen Verlauf aufweist, während die Kontur im anschließenden Bereich vergleichsweise flach verläuft.
Eine derartig ausgebildete Walze, weiterhin auch als Sonder-CVC-Walze bezeich­ net, wird demnach im Sinne der Erfindung eine Walze mit einer Profilierung ver­ standen, die ausgehend von einem verjüngten Ende mit stetigem Verlauf überge­ hende Durchmesserdifferenzen einer Continuously Variable Crown (CVC) auf­ weist, welche nach der Erfindung ein solches Profil in axialer Richtung aufweist, dass bei ihrer Axialverschiebung der ausgelöste unerwünschte Anteil des Effektes der konischen Verjüngung, d. h. Änderung des elastischen Verhaltens des Wal­ zensatzes kompensiert wird, und zwar bevorzugt mindestens in solchem Umfan­ ge, dass zusätzliche übliche Stellglieder und Maßnahmen wie Umverteilung der Walzkraft oder Walzenbiegung ausreichen, um die gewünschte Geometrie des Walzspaltes über einen weiten Bereich eines Walzprogrammes aufrechterhalten zu können, mit dem Endziel, unerwünschte Profilformen und Unplanheiten zu ver­ meiden.
Durch den Einsatz dieser Sonder-CVC-Walze werden die eingangs geschilderten Schwierigkeiten, insbesondere beim Walzen eines Programms mit unterschiedlich breiten Walzbändern, wesentlich gemildert.
In Abhängigkeit von einem Walzprogrammaufbau, wie er beispielsweise aus dem angefügten Diagramm der Fig. 3.1 ersichtlich ist, ergeben sich zwangsläufig die erforderlichen Schiebepositionen nach Fig. 3.2, und zwar deshalb, weil der ver­ jüngte Bereich der Arbeitswalze stets der Bandkante folgt.
Nach der Erfindung lassen sich mit Hilfe einer Offline-Berechnung die Auswirkun­ gen des Effektes der konischen Verjüngung zwischen Stütz- und Arbeitswalze er­ rechnen. Weiterhin ist der dazu gehörige Arbeitswalzencrown zum Kompensieren dieses Effektes ermittelbar. Dieser kann unterschiedlichen Bandbreiten bzw. ver­ schiedenen Schiebepositionen nach der Offline-Berechnung zugeordnet werden. Diese Berechnung erfolgt nach der Gleichung:
K1(B).ΔD(SPOS)/2 = K2(B).ΔAW-Crown(B)
Durch Gleichsetzen der Wirkung des Effektes der konischen Verjüngung und der Wirkung des Arbeitswalzen-Crowns ergibt sich der für unterschiedliche Bandbrei­ ten erforderliche AW-Crown:
mit:
ΔD(SPOS): Durchmesserdifferenz der einseitig verjüngten Walze, die sich nach Maßgabe der Schiebeposition (±SPOS) aus dem Unter­ schied des Walzendurchmessers in Gerüstmitte und dem Walzendurchmesser am Ende der Stützwalzen-Kontaktkante ergibt
K1(B): Differenzquotient für die Wirkung des Effektes der konischen Verjüngung zwischen Stütz- und Arbeitswalze
K2(B): Differenzquotient für den Arbeitswalzen-Crown.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung sieht vor, dass zusätzlich zur Kompensation des Effektes der konischen Verjüngung weitere von der Breite des Walzgutes und den zuordenbaren Schiebepositionen der Arbeitswalzen ab­ hängige Effekte, die aus dem Walzprogramm resultieren, wie Zielprofil des Walz­ gutes, Dicke und Festigkeit, sowie das resultierende Walzkraftniveau, berücksich­ tigt werden.
Weiter sieht das Verfahren vor, dass durch Addition beider Effekte der zu ihrer Kompensation erforderliche Gesamt-CVC-Offset der Arbeitswalze ermittelt wird.
Und schließlich sieht das Verfahren nach der Erfindung vor, dass die Form der Sonder-CVC-Walze mit den folgenden Arbeitsschritten entwickelt wird:
  • - Wahl des verjüngten Anteils der Arbeitswalze,
  • - Bestimmung des CVC-Offsets gemäß Anspruch 2 bis 4 und Darstellung der Ergebnisse in Form zweier graphischer Diagramme,
  • - Bildung der graphischen Summe aus beiden Diagrammen,
  • - Optimierung des Keilanteils des Gesamt-Walzenschliffes bzw. der Durchmesserdifferenz der Arbeitswalze in einer für deren Einsatz zu schleifenden Form.
Der Einsatz dieser Sonder-CVC-Walze wirkt sich positiv auf das Gerüstverhalten sowie den Bandlauf aus. Die Arbeitswalzenbiegung bleibt im zulässigen Bereich und wird von Presetting-Aufgaben mindestens größtenteils entlastet und steht so­ mit zur Online-Regelung zur Verfügung, was auch die Bandqualität positiv beein­ flusst.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachstehenden Zeichnungen von Ausführungsbeispielen und deren Erläuterung.
Es zeigen:
Fig. 1 einen unbelasteten Walzensatz mit je zwei Arbeits- und Stützwalzen bei einer Walzbreite B2,
Fig. 2 einen unbelasteten Walzensatz gemäß Fig. 1, jedoch mit einer schmaleren Walzbreite B1,
Fig. 3.1 ein Walzprogramm mit unterschiedlichen Breitenstufen über einer Anzahl von Coils,
Fig. 3.2 ein Diagramm von Schiebepositionen für verschiedene Bandbreiten,
Fig. 3.3 ein Diagramm des erforderlichen AW-Crowns zur Kompensation des Effektes der konischen Verjüngung zwischen Arbeits- und Stützwal­ zen,
Fig. 3.4 Kennlinien für einen optimalen CVC-Offset,
Fig. 4 ein Profil des verjüngten Anteils einer oberen Arbeitswalze,
Fig. 5 die Form eines CVC-Offsets,
Fig. 6 ein Profil aus Summe von verjüngtem Anteil und CVC-Offset,
Fig. 7 ein Profil aus der Summe von verjüngtem Anteil und CVC-Offset nach Optimierung des Keilanteils des Gesamt-Walzenschliffs.
Die Fig. 1 und 2 zeigen unbelastete Walzensätze in unterschiedlichen Schie­ bepositionen (SPOS), wobei die Verjüngungen der Arbeitswalzen (1, 2) auf die Walzbandränder ausgerichtet sind. Es ist erkennbar, dass die Walzenverschie­ bung lediglich die Arbeitswalzen (1, 2) betreffen, nicht jedoch die Stützwalzen (3, 4). Aus den Fig. 1 und 2 können die aus den unterschiedlichen Schiebepositionen der Arbeitswalzen (1, 2) sich ergebenden Durchmesserdifferenzen (ΔD(SPOS)) der einseitig verjüngten Walze, die zur Berechnung der im Anspruch 2 formulierten Gleichung benötigt werden, abgelesen werden. Zum besseren Verständnis wur­ den in den Fig. 1 und 2 die sich hier ergebenden Durchmesserdifferenzen mit ein­ gezeichnet.
Fig. 3.1 zeigt einen Walzprogrammaufbau über einer Anzahl von Coils mit Brei­ ten zwischen B1 und B2, entsprechend den Fig. 1 und 2, wobei die Ordinate die Breite angibt und die Abszisse die Coilanzahl.
Die zugehörigen Schiebepositionen für die verschiedenen Bandbreiten sind in der Fig. 3.2 in Form eines Diagrammes dargestellt. Die Schiebepositionen auf der Ordinate ergeben sich zwischen maximal plus SPOSmax und maximal minus SPOSmin, gemessen von der Nulllinie. Diese umfassen Breiten des Walzbandes zwischen B1 und B2.
Der zugeordnete erforderliche Arbeitswalzencrown (AW-Crown) auf der Ordinate, um die Wirkung des Effektes der konischen Verjüngung zwischen Arbeitswalze (AW) und Stützwalze (STW) auf den Walzspalt zu kompensieren, ist als Diagramm in Fig. 3.3 dargestellt, und zwar für Walzgutbreiten zwischen B1 und B2 (Abszisse).
Fig. 3.4 zeigt Kennlinien für den CVC-Offset, um den Effekt der konischen Verjüngung zwischen Arbeitswalzen (1, 2) und Stützwalzen (3, 4) zu kompensieren. Die Ordinate stellt dabei den Arbeitswalzencrown und die Abszisse die Arbeitswalzen- Schiebeposition dar. Die obere Kennlinie mit dem Kennzeichen A bezieht sich ausschließlich auf den erforderlichen CVC-Offset zur Kompensation des Effekts der konischen Verjüngung zwischen AW und STW allein. Die untere Kennlinie mit der Bezeichnung B kennzeichnet den optimalen Gesamt-CVC-Offset unter Berücksichtigung zusätzlicher Einflussgrößen entsprechend Anspruch 3 und 4.
Fig. 4 kennzeichnet im Diagramm von Teil I das erforderliche Profil der oberen Arbeitswalze (1) mit dem verjüngten Anteil zwischen Walzenende und dem Cut-Point (CP). Die Kontur in dem Bereich II verläuft vergleichsweise flach. Der Cut-Point (CP) wird abhängig vom Breitenaufbau eines Walzprogrammes bzw. Breiten-Einsatzbereiches festgelegt. Die Steilheit des verjüngten Bereiches ergibt sich insbesondere aus der äußersten Walzkraft und der Banddicke des jeweiligen Gerüstes. Mit OS ist die Bedienungsseite und mit DS die Antriebsseite der Walze bezeichnet. Auf der Ordinate ist das Walzenprofil bezogen auf den Walzendurchmesser angegeben; die Abszisse gibt die dimensionslose Länge der Walze an.
Fig. 5 zeigt die Form eines CVC-Offsets mit einem Stellbereich für den Arbeitswalzen-Crown zwischen CRA(SPOSmin) und CRA(SPOSmax) entsprechend der Kennlinie B in Fig. 3.4. Die gezeigte Kurve bezieht sich ausschließlich auf die CVC-Kontur (Achsenangaben wie Fig. 4).
Fig. 6 zeigt ein Profil, das sich aus der Summe des verjüngten Anteils und des CVC-Offset zusammensetzt. (Achsenangaben wie Fig. 4).
Fig. 7 zeigt die Profilkurve mit den Anteilen I vor und II nach dem Cut-Point (CP), und zwar als Summe von verjüngtem Anteil und CVC-Offset nach Optimierung des Body-Keilanteils. (Achsenangaben wie Fig. 4).

Claims (6)

1. Verfahren zur Beeinflussung der Bandkontur im Bereich der Bandkante eines Walzbandes, bei dem durch Überlagerung eines konventionellen CVC-Schliffes der störende Nebeneffekt einer einseitig verjüngten Walze auf den Bodybereich des Walzspaltes kompensiert und deren Crown mit Hilfe einer Offline-Berechnung bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitswalzen (1, 2) einseitig verjüngte CVC-Walzen verwendet werden, deren Profil im Bereich (I) zwischen Walzenende und einem Cut-Point einen steilen Verlauf aufweist, während die Kontur im an­ schließenden Bereich (II) vergleichsweise flach verläuft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Kompensation des Effektes der konischen Verjüngung nach Maßgabe unterschiedlicher Walzbandbreiten und diesen zuordenbaren Schiebepositionen der Arbeitswalzen (1, 2) erforderliche Crown nach der Gleichung
K1(B).ΔD(SPOS)/2 = K2(B).ΔAW-Crown(B)
errechnet wird, wobei durch Gleichsetzen der beiden Effekte sich der für unterschiedliche Bandbreiten erforderliche AW-Crown ergibt:
mit:
ΔD(SPOS): Durchmesserdifferenz der einseitig verjüng­ ten Walze, die sich nach Maßgabe der Schie­ beposition (±SPOS) aus dem Unterschied des Walzendurchmessers in Gerüstmitte und dem Walzendurchmesser am Ende der Stützwalzen- Kontaktkante ergibt.
K1(B), K2(B): Differenzenquotient für das Verhältnis der Änderung des Walzspaltprofils infolge Änderung des konisch verjüngten Durchmes­ seranteils zwischen Arbeits- und Stütz­
walze und der Änderung des Walzspaltprofils infolge Änderung des (parabolischen) Ar­ beitswalzencrowns.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Kompensation des Kanten-Effektes zumindest ein weiterer von der Breite des Walzgutes und den zuordenbaren Schiebepositionen der Arbeitswalzen (1, 2) abhängiger Effekt, der aus dem Walzprogramm resultiert, sowie das resultierende Walzkraftniveau, dadurch berücksichtigt werden, dass durch Addition beider Effekte der zu ihrer Kompensation erforderli­ che Gesamt-CVC-Offset ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der CVC-Profile in den Bereichen (I und II) der Walzen mit den folgenden Arbeitsschritten entwickelt wird:
  • - Wahl des verjüngten Anteils der Arbeitswalze (1, 2), abhängig vom Breitenauf­ bau eines Walzprogramms sowie erwarteter Walzkräfte, Banddicken etc.
  • - Bestimmung des CVC-Offsets gemäß Anspruch 2 und 3 und Darstellung der Er­ gebnisse in Form zweier graphischer Diagramme,
  • - Bildung der graphischen Summe aus beiden Diagrammen,
  • - Bestimmung des Keilanteils der Gesamt-Walzenkontur bzw. der Durchmesserdif­ ferenz der Arbeitswalze (1, 2) in der für deren Einsatz zu schleifenden Form.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Form der Walze aus einem konventionellen CVC-Anteil und einem mit steilem Ü­ bergang verjüngten Anteil besteht und mit Hilfe von Polynomfunktionen jeweils für die Bereiche I und II beschrieben wird, wobei an einem Cut-Point (CP) ein stetiger Übergang im Funktionswert und Steigung zwischen den beiden Polynomfunktio­ nen eingehalten wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze durch Vergabe einer Punktfolge von Längen- und Durchmesserkoordi­ naten beschrieben wird.
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