DE19830034A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Walzen von Warmbändern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Walzen von Warmband, insbesondere Stahlband mit unterschiedlicher Bandbreite, zwischen Arbeitswalzen, die zum Regeln des Bandprofils in Abhängigkeit von der Längsspannungsverteilung bzw. von der Dickenverteilung über die Bandbreite zonenweise thermisch beeinflußbar sind. DOLLAR A Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswalzen in dem unmittelbar an die Bandkanten anschließenden, nicht vom Band überdeckten Bereich mindestens auf eine solche Temperatur eingestellt werden, die der Temperatur der vom Band überdeckten und von diesem erwärmten Arbeitswalze entspricht, wobei die Einstellung der Temperatur der Arbeitswalzen mit Hilfe des zum Betrieb des Walzwerkes an diesem vorhandene Rechenmodells erfolgt, mit dem abhängig von den verschiedenen bekannten und gemessenen Walzparametern wie Bandbreite, Werkstoffwerten, Stichabnahmen, Walzgeschwindigkeiten, Walzguttemperaturen und Walzenkühlung zusätzlich die in jedem Augenblick der Walzung aktuell vom Walzgut in die Arbeitswalze eingeführte Wärmemenge errechnet und das Ergebnis zur Regelung der Temperatur in den einzustellenden Randbereichen der Arbeitswalze verwendet wird. DOLLAR A Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch Querfeldinduktoren (5) als Induktionsheizeinrichtungen, deren Induktionsspulen (5') die Arbeitswalzen (1, 2) teilweise umgreifen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Walzen von Warmbändern, insbesondere Stahlbändern mit unterschiedlichen Breiten, zwischen Arbeitswalzen, die zum Regeln des Bandprofiles in Abhängigkeit von der Längsspannungsverteilung bzw. von der Dickenverteilung über die Bandbreite zonenweise thermisch beeinflußbar sind.

Beim Walzen von Bändern, insbesondere dünnen Bändern, ist der Übergang von einer Bandbreite B1 zu einer größeren Bandbreite B2 ein schwieriges Probleme bei der Erlangung eines verkaufsfähigen Produktes. Das Profil des Bandes hängt vor allem von der Zugspannungsverteilung über die Breite des Bandes ab, die sich über Veränderungen des Walzspaltes über die Balligkeit der Walzen beeinflussen läßt. Plane Bänder sind zu erreichen, wenn es durch die Einstellung des Walzspaltes gelingt, eine konstante Zugspannung über die Breite des Bandes zu erzeugen. Dabei stört ein Durchmesserunterschied an den Walzen im Bereich des "Thermal Crown" sehr.

Beim Warmwalzen verändert sich die Balligkeit der Walze durch die sogenannte thermische Bombierung, d. h. die Arbeitswalze wird infolge des Kontaktes mit dem heißen Walzgut in dem vom Band überdeckten Bereich innerhalb von etwa 100 Minuten dicker, wodurch sich der Walzspalt ändert. Um das Abfallen des thermischen Ballens im Bereich der Bandränder und die dadurch bedingte Profilüberhöhung des Walzballens zu reduzieren, wird vorgeschlagen, den Bereich, der durch das Walzgut "automatisch" aufgeheizt wird, künstlich durch Erwärmen der Bereiche daneben zu verbreitern, um einerseits den durch Wärmeleitung bedingten Abfall des thermischen Ballens zu verringern und um andererseits den thermischen Ballen ohne zyklisches Verschieben der Arbeitswalzen zu verbreitern und somit ein "schedule free rolling" zu ermöglichen.

Aus der DE-A-27 43 130 ist es bekannt, die Walzspaltgeometrie und damit das Profil des Bandes durch zonenweises Aufheizen der Arbeitswalze zu verändern, indem die Walzen in Axialrichtung auf gleichen Temperaturen gehalten werden. In der EP 0 222 041 hat man versucht, durch gezielte Kühlung und durch Einsatz verschieden temperierter Medien, die aber zeitlich nacheinander auf dieselbe räumliche Stelle aufgebracht wurden, das thermische Profil der Arbeitswalze zu vergleichmäßigen.

Alle diese bekannten Arbeitswalzenkühlungen wirken aber axial nur so weit, wie sich das gerade gewalzte Band auf den Walzenmantel erstreckt. Die Bandkanten bleiben ausgespart. Der durch das thermisch bedingte Dünnerwerden der Arbeitswalze an der Bandkante entstehende s.g. "edge drop" kann deshalb mit Hilfe dieser bekannten Regelung nur unvollständig dadurch kompensiert werden, daß die Kühlzonen an der Bandkante mit geringerer bis zu gar keiner Kühlmittelbeaufschlagung arbeiten.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik, durch eine wirksame Entlastung der Bandkanten von übermäßigen Zugspannungen ein Verfahren zur wirksamen Beseitigung des "edge-drop's" zu finden.

Gleichzeitig soll eine Möglichkeit für eine einfache Bandprofilregelung bei Bandbreitenänderung geschaffen werden, mit der ein gutes, planes Produkt zu erhalten ist.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Arbeitswalzen in dem unmittelbar an die Bandkanten anschließenden, nicht vom Band überdeckten Bereich auf eine solche Temperatur eingestellt werden, die der Temperatur der vom Band überdeckten und von diesem erwärmten Arbeitswalze entspricht, wobei die Einstellung der Temperatur der Arbeitswalzen mit Hilfe des zum Betrieb des Walzwerkes an diesem vorhandenen Rechenmodells erfolgt, mit dem abhängig von den verschiedenen bekannten und gemessenen Walzparametern wie Bandbreite, Werkstoffwerten, Stichabnahmen, Walzgeschwindigkeiten, Walzguttemperaturen und Walzenkühlung zusätzlich die in jedem Augenblick der Walzung aktuell vom Walzgut in die Arbeitswalze eingeführte Wärmemenge errechnet und das Ergebnis zur Regelung der Temperatur im einzustellenden Randbereich der Arbeitswalze verwendet wird.

Der Gedanke der vorliegenden Erfindung besteht also darin, den "edge-drop" durch Aufheizen der Arbeitswalze außerhalb ihres vom Band überdeckten Bereiches zu beseitigen, indem dieser Bereich genauso thermisch bombiert wird, wie dort, wo die Arbeitswalze vom warmen Band selbst bombiert wird. Dazu wird Wärmeenergie in die nicht vom Band überdeckte Arbeitswalze eingebracht; geringfügige Überschneidungen mit der unmittelbaren Bandkante sind tolerierbar.

Nun könnte man zum Regeln der in die Walzen-Randzonen einzubringenden Wärmemenge als Führungsgröße den aktuellen Walzendurchmesser benutzen. Ein Unterschied zwischen dem dickeren Ballendurchmesser und dem dünneren Randdurchmesser würde anzeigen, daß der Rand noch nicht weit genug aufgeheizt ist; ein weiteres Beheizen würde also notwendig sein. Teil der Regelaufgabe würde ein SOLL-IST-Vergleich der Walzendurchmesser über die Walzen breite sein.

Die laufende Messung des Walzendurchmessers im Gerüst ist aber eine sehr schwierige Aufgabe, weil die Messung einmal sehr genau sein muß (im Hundertstel-Millimeter- Bereich), und weil zum anderen zuverlässige Messungen durch die widrigen Umfeld- Einflüsse (Wasser, Zunder, Dreck) im Dauerbetrieb sehr erschwert, wenn nicht unmöglich gemacht werden. Zugmeßrollen können bei Warmbändern nur bedingt eingesetzt werden, weil die Warmfestigkeit des Bandes bei ca. 1000°C mit 0,2-1 kp/mm² sehr gering ist. Erforderlich wäre aber eine sehr genaue Erfassung der Spannung im Warmband, damit keine Gefahr besteht, daß die tatsächliche Spannung höher ist, als die gemessene. Diese Genauigkeit ist mit der verfügbaren Technik heute noch nicht darstellbar.

Schließlich ist die Position der Lager der Arbeitswalze im Gerüst innerhalb des Führungsspiels der Einbaustücke im Ständer nicht genau definiert, auch dieser Einfluß würde die Messung verfälschen.

Es ist daher leicht einzusehen, daß die Messung des Ballendurchmessers nicht den optimalen Weg darstellt, eine konstante Walzentemperatur unabhängig von der Bandbreite zu erreichen. Die vorgeschlagene Lösung verzichtet deshalb auf eine aktuelle Walzendurchmesser-Messung und benutzt erfindungsgemäß statt dessen das in jeder modernen Straße vorhandene Rechenprogramm (SET-UP- Rechnung) mit Stichplangestaltung, Dickenmessung und Einsatz der Biegekräfte in Abhängigkeit der verschiedenen Walzparameter wie Bandbreite, Werkstoffwerte, Abnahme, Walzgeschwindigkeit, Walzguttemperatur und Walzenkühlung. Aus diesem Rechenmodell der Walzstraße läßt sich erfindungsgemäß in jedem Augenblick der Walzung zusätzlich die aktuelle Wärmemenge berechnen, die über das Walzgut in die Walze eingeführt wird.

Erfindungsgemäß erfolgt die Einstellung der Temperatur der Walzenränder induktiv, indem das Ergebnis der Berechnung der in die Arbeitswalze eingeführten Wärmemenge zur Regelung von im Randbereich der Arbeitswalzen beidseitig des Bandes angeordneten Induktionsheizeinrichtungen verwendet wird.

Die Kenntnis der Wärmemenge in Abhängigkeit von den übrigen Walzgutparametern wird zur Regelung des Induktors benutzt, so daß die Ränder zeitgleich mit dem Ballen wachsen. Damit ist es also ohne Kenntnis des Durchmessers der Arbeitswalzen auf einfache Weise möglich, den Rand der Walzen in der gleichen Zeit wie den Ballen so aufzuheizen, daß ein gleichmäßiger Walzendurchmesser über die gesamte Breite unabhängig von der aktuell zu walzenden Bandbreite entsteht. Dies wiederum erreicht man mit den Maßnahmen der Erfindung, indem die Einstellung der Arbeitswalzentemperatur so vorgenommen wird, daß sich die Arbeitswalze im unmittelbaren Kantenbereich etwas stärker bombiert, also dicker wird, als in den beidseitig benachbarten Bereichen. Dadurch wird der Walzspalt im Kantenbereich enger, so daß die Kanten etwas stärker ausgewalzt werden als der übrige Bandquerschnitt. Dies bedeutet Randwellen, deren Größe und Erstreckung aber durch gezieltes Erwärmen der betreffenden Walzenbereiche steuerbar ist.

Nach einem günstigen Vorschlag der Erfindung wird der Kern der Arbeitswalze im Bereich der Walzenränder bei auf 150°C bis 200°C limitierter Oberflächentemperatur auf 70°C bis 90°C erwärmt.

Dadurch werden im Oberflächenbereich ein großer Temperaturgradient und damit zu hohe thermische Spannungen vermieden, die entstehen würden, wenn der Querfeldinduktor die gleichen Oberflächentemperaturen wie beim Kontakt Arbeitswalze - Walzgut erzeugen würde.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3 ist dadurch gekennzeichnet, daß als Induktionsheizeinrichtungen ein Querfeldinduktor verwendet wird, dessen Induktionsspulen die Arbeitswalzen teilweise umgreifen. Querfeldinduktoren haben den Vorteil, daß ihre geteilte Ausführung eine gute Ausbaumöglichkeit der Arbeitswalzen mit ihren Einbaustücken gestattet.

Die räumliche Krümmung der Induktionsspulen ist für den maximalen Arbeitswalzendurchmesser ausgelegt die Induktionsspulen sind zur Anpassung an den sich bei Verschluß ändernden Arbeitswalzendurchmesser radial anstellbar.

Leistungsverluste durch Anpassung an den kleineren Walzenradius werden durch eine Leistungsregelung kompensiert.

Vorzugsweise sind die Induktionsspulen der Induktionsheizeinrichtung auf der Einlaufseite des Gerüstes für die obere Arbeitswalze oberhalb der Walzenkühlung und für die untere Arbeitswalze unterhalb der Walzenkühlung angebracht.

In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Querfeldinduktoren zur Anpassung der Induktor-Heizleistung an die Bandbreite achsparallel zu den Arbeitswalzen verschiebbar, beispielsweise durch Anordnung der Induktoren auf einem längs der Arbeitswalze verfahrbaren Schlitten.

Auch ist es von Vorteil, wenn die Induktoren links und rechts des Bandes in mehrere unterschiedlich aktivierbare Induktor-Teileinheiten aufgeteilt sind. Das ergibt eine gute Anpassung an die Bandbreite.

Zusammenfassend ist als besonderer Vorteil der Erfindung festzustellen, daß durch das gezielte Erwärmen des nicht vom Band überdeckten Bereiches der Arbeitswalzen beidseitig des Bandes der "edge-drop" verhindert wird, weil bei entsprechender Temperaturreglung die Längszugbelastung des Bandes gesteuert werden kann. Das Ergebnis ist ein besonders planes Band, das allen Qualitätsanforderung der Abnehmer solcher gewalzten Bänder entspricht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 das Prinzip einer oberen und unteren Arbeitswalze mit Induktor zum Aufheizen der Randzone,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Arbeitswalze in ihrem Randbereich mit seitlich daneben angeordnetem Querfeldinduktor,

Fig. 3 die Anordnung von Arbeitswalze, Induktor und Walzenkühlung an der Ein- und Auslaufseite der Arbeitswalze,

Fig. 4 schematisch die unterschiedlich breiten Randaufheizzonen in Abhängigkeit von der Bandbreite, und

Fig. 5 einen parallel zur Walzenachse auf einem Schlitten verfahrbaren Induktor.

In Fig. 1 ist mit 1 die obere und mit 2 die untere Arbeitswalze eines Bandwalzwerkes bezeichnet. Mit 3 ist der stark überhöhte thermische Ballen der Arbeitswalzen bezeichnet, der sich dadurch ergibt, daß sich die Arbeitswalzen 1, 2 im Kontakt mit dem Walzgut 4 während des Walzvorganges erwärmen und im Kontaktbereich ausdehnen. Mit 5 sind Querfeldinduktoren bezeichnet, die in den Randbereichen der Arbeitswalze 1, 2 beidseitig des Bandes 4 angeordnet sind und mit denen der Übergangsbereich zwischen dem vom Band 4 abgedeckten und dem daneben angeordneten Walzballen erhitzt werden kann.

In Fig. 2 ist der Randbereich der Arbeitswalze 1, 2 im Querschnitt dargestellt, wobei an die Oberfläche der Arbeitswalze ein Querfeldinduktor 5 angenähert ist, dessen Induktorspulen 5' sich räumlich gewölbt an die Krümmung der Walzenoberfläche anpassen. Mit 1', 2' ist der maximale Arbeitswalzendurchmesser bezeichnet, der sich im Laufe einer Walzenreise auf den minimalen Walzendurchmesser der mit 1, 2 bezeichneten Arbeitswalze vermindert. Mit 6 sind die magnetischen Feldlinien bezeichnet, die von den Induktorspulen 5' in die Arbeitswalze und zurück in die Induktorspule 5' laufen.

In der rechten Zeichnungshälfte ist das Magnetfeld des Querfeldinduktors 5 bezogen auf die Walzenoberfläche schematisch dargestellt, so daß erkennbar wird, wie die Feldlinien des Induktors verlaufen.

In der Zeichnungsfigur 3 sind zwei durch Stützwalzen 7 abgestützte Arbeitswalzen 1, 2 dargestellt, in die, wie ebenfalls schematisch dargestellt, das Walzgut 4 einlaufseitig eingeführt wird. Wie in der Zeichnungsfigur zu erkennen ist, sind die Querfeldinduktoren 5 einlaufseitig der Arbeitswalze angeordnet, deren Wärmeeintrag bei 6 symbolisiert ist. Der Wärmeeintrag in das Walzgut 4 ist symbolisch bei 8 dargestellt und läßt erkennen, daß durch den Wärmeübergang vom Walzgut 4 eine Aufheizung und damit Bombierung der Arbeitswalze erfolgt, der durch die Walzenkühlung 10 entgegengewirkt werden kann.

Aus der Zeichnungsfigur 4 ist schematisch abzuleiten, daß für unterschiedliche Bandbreiten sich unterschiedlich breite Rand-Aufheizzonen an der Arbeitswalze 1, 2 ergeben. In der Fig. 4 sind jeweils die maximalen und minimalen Walzgutbreiten den maximalen und minimalen Aufheizzonen gegenübergestellt; die Einbaustücke 9 mit der Arbeitswalzenlagerung sind nur grob schematisch angedeutet.

Fig. 5 schließlich zeigt die beste und einfachste Lösung zur Anpassung der Aufheizzone an unterschiedliche Band breiten. Der Induktor 5 ist auf einem Schlitten 11 befestigt, der während des Aufheizvorganges der Arbeitswalze 1, 2, wie bei 12 angedeutet, oszilliert. Start- und Zielposition des Schlittens 11 sind durch die Geometrie der Randzone festgelegt durch die Oszillierbewegung des Induktors 5 kann eine gute Anpassung an die Übergangszone mit abfallender Walzentemperatur erfolgen. Der Induktor 5 bei dieser Lösung kann sehr schmal ausgeführt sein und erledigt die Breitenanpassung durch seine Oszillation. Ändern sich die Radien der Arbeitswalzen 1, 2 oder werden andere Arbeitswalzen 1, 2 eingesetzt, so erfolgt die Anpassung an diese unterschiedlichen Radien durch radiale Verstellung des Querfeldinduktors 5. Diese radiale Verstellung ist bei 13 angedeutet und erfolgt beispielsweise über Spindeln oder dergleichen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Walzen von Warmband, insbesondere Stahlband mit unterschiedlicher Bandbreite, zwischen Arbeitswalzen, die zum Regeln des Bandprofiles in Abhängigkeit von der Längsspannungsverteilung bzw. von der Dickenverteilung über die Bandbreite zonenweise thermisch beeinflußbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswalzen in dem unmittelbar an die Bandkanten anschließenden, nicht vom Band überdeckten Bereich mindestens auf eine solche Temperatur eingestellt werden, die der Temperatur der vom Band überdeckten und von diesem erwärmten Arbeitswalze entspricht, wobei die Einstellung der Temperatur der Arbeitswalzen mit Hilfe des zum Betrieb des Walzwerkes an diesem vorhandene Rechenmodells erfolgt, mit dem abhängig von den verschiedenen bekannten und gemessenen Walzparametern wie Bandbreite, Werkstoffwerten, Stichabnahmen, Walzgeschwindigkeiten, Walzguttemperaturen und Walzenkühlung zusätzlich die in jedem Augenblick der Walzung aktuell vom Walzgut in die Arbeitswalze eingeführte Wärmemenge errechnet und das Ergebnis zur Regelung der Temperatur in den einzustellenden Randbereichen der Arbeitswalze verwendet wird.

2. Verfahren nach den Ansprüchen 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Temperatur der Arbeitswalze in dem der Bandkante nahen Bereich induktiv erfolgt, indem das Ergebnis der Berechnung der in die Arbeitswalze eingeführte Wärmemenge zur Regelung von im Randbereich der Arbeitswalzen beidseitig des Bandes angeordneten Induktionsheizeinrichtungen verwendet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern der Arbeitswalze im Bereich der Walzenränder bei auf 150°C bis 200°C limitierter Oberflächentemperatur auf 70°C bis 90°C erwärmt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Walzen von Warmbändern, insbesondere Stahlbändern unterschiedlicher Breite, zwischen Arbeitswalzen, die zum Regeln des Bandprofiles in Abhängigkeit von der Längsspannungsverteilung bzw. von der Dickenverteilung über die Bandbreite zonenweise thermisch beeinflußbar sind nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Induktionsheizeinrichtungen Querfeldinduktoren (5) verwendet werden, deren Induktionsspulen (5') die Arbeitswalzen (1, 2) teilweise umgreifen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Induktionsspulen (5') für den maximalen Arbeitswalzenwalzendurchmesser ausgelegt ist und die Induktionsspulen (5') zur Anpassung an den Durchmesser der Arbeitswalzen (1, 2) radial anstellbar sind.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß Leistungsverluste der Induktionsspulen (5) durch Anpassung an den kleineren Walzenradius durch eine Leistungsregelung der Querfeldinduktoren (5) kompensiert werden.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspulen (5') der Induktionsheizeinrichtung auf der Einlaufseite des Gerüstes für die obere Arbeitswalze (1) oberhalb der Walzenkühlung (10) und für die untere Arbeitswalze (2) unterhalb der Walzenkühlung (10) angebracht sind.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Querfeldinduktoren (5) zur Anpassung der Induktor-Heizleistung an die Bandbreite achsparallel zu den Arbeitswalzen (1, 2) verschiebbar sind.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Querfeldinduktoren (5) auf einem längs der Walzen (1, 2) oszillierend verfahrbaren Schlitten (11) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüchen 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Querfeldinduktoren (5) beidseitig des Bandes (4) in mehrere unterschiedlich aktivierbare Induktor-Teileinheiten aufgeteilt sind.