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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum flexiblen Walzen eines Metallbandes,
wobei das Metallband während
des Walzprozesses durch einen zwischen zwei Arbeitswalzen gebildeten
Walzspalt geführt
und der Walzspalt während
des Walzvorgangs gezielt verfahren wird, um über die Länge des Metallbandes unterschiedliche
Banddicken zu erzielen, wobei während
jedes Einstellens des Walzspalts oder unmittelbar danach die Biegelinien
der Arbeitswalzen zur Erzielung einer Planheit des Metallbandes
gesteuert werden (JP-Abstract 61-172603 A).
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Das
flexible Walzen als Verfahren zur Herstellung von planen Metallbändern mit über ihre
Länge definiert
unterschiedlichen Banddicken ist bereits aus der Praxis bekannt.
Das flexible Walzen ist dadurch gekennzeichnet, daß während des
Walzprozesses der Walzspalt gezielt verfahren wird. Hierbei werden
unterschiedlich lange Bandabschnitte mit unterschiedlichen Banddicken
gewalzt, die über
unterschiedliche Steigungen miteinander verbunden sein können. Das
Ziel des flexiblen Walzens ist es, Walzprodukte mit belastungs-
und gewichtsoptimierten Querschnittsformen herzustellen. Das Verfahren
ist üblicherweise
als Bandwalzen von Coil auf Coil ausgelegt. Hierbei unterstützt der über den
Haspel aufgebrachte Bandzug den Walzprozeß und verbessert wesentlich
die Geradheit des fertigen Bandprofils in Längsrichtung, also in Walzrichtung.
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Beim
Walzen im Rahmen des konventionellen Bandwalzprozesses sind zur
Verformung des in der Einlaufzone zum Walzspalt befindlichen Walzgutes
erhebliche Kräfte
erforderlich, welche zu einer elastischen Durchbiegung der Walzen
führen.
Durch die Durchbiegung der an ihren beiden Enden gelagerten Walzen
ergibt sich eine Biegelinie, die meist parabelförmig ist und der Mittelachse
der Walze entspricht. Da die Durchbiegung eine Abweichung vom gleichmäßigen Spaltmaß bzw. vom
idealen Spalt verursacht, sind Korrekturmaßnahmen erforderlich.
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Eine
Maßnahme,
die Abweichung vom idealen Spalt – verursacht durch die Durchbiegung
der Walzen – zu
korrigieren, besteht im Bombieren der Walzenballen. Hierunter wird
die tonnenförmige
oder bauchige Ausführung
der Walzenballen verstanden. Bei dieser Art der Korrektur ist es
möglich,
nur die Arbeitswalzen, nur die Stützwalzen oder aber auch sowohl
die Arbeitswalzen als auch die Stützwalzen zu bombieren. Das
Bombieren soll die Durchbiegung, welche durch die Walzkräfte und
das Eigenwicht der Walzen verursacht wird, so ausgleichen, daß der Spalt
zwischen den Walzen wieder gleichmäßig verläuft, d. h. über die Länge der Walzen konstant ist.
In der Regel ist die Korrektur der Biegelinie jedoch nicht vollständig und
gilt, da die Walzenform bzw. die Bombierung nicht veränderlich
ist, nur für
einen bestimmten Betriebsfall.
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Eine
weitere Korrekturmöglichkeit
besteht darin, daß jeweils
ein Walzenballen durch Drehung in der Horizontalen um den Mittelpunkt
seiner Berührungslinie
mit der korrespondierenden Walze schräg zu deren Achse gestellt wird.
Durch diese Schrägstellung ändert sich
der Spalt an den Enden der Walzenballen, während er in der Mitte unverändert bleibt. Das
Schrägstellen
der Walzen gestattet durch die Variationsmöglichkeit zwar einen angenäherten Ausgleich
der Durchbiegung für
fast alle Betriebsfälle,
ist aber hinsichtlich der erzielbaren Genauigkeit dem zuvor genannten
Parabolschliff der Walzenballen gleichzusetzen.
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Weiterhin
ist es möglich,
durch Aufbringen von Kräften
auf die Lagerzapfen der Walzen ein Biegemoment zu erzeugen, welches
den Biegemomenten beim Walzen entgegenwirkt. Dieses Vorspannen der
Walzen gestattet ebenfalls wie die Schrägstellung einen angenäherten Ausgleich
für fast
alle Betriebsfälle.
Nachteilig ist jedoch die wesentlich erhöhte Lagerbelastung. Hinsichtlich
der erzielbaren Kompensation ist das Vorspannen mit dem Parabolschliff vergleichbar.
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Schließlich besteht
eine weitere Korrekturmöglichkeit
in der Arbeitswalzenkühlung,
bei der es sich um eine thermische Bombierung handelt.
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Es
versteht sich, daß die
zuvor angesprochenen Korrekturmöglichkeiten
zur Erzielung eines idealen Walzspalts in Walzwerken sowohl für sich als auch
in Kombination miteinander angewendet werden können.
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Im
Gegensatz zum konventionellen Bandwalzprozeß ist es beim flexiblen Walzen
besonders problematisch, daß während des
Walzprozesses aufgrund der häufigen
Dikkenänderungen
des Metallbandes ständig
große
Lastschwankungen am Walzgerüst
auftreten, die zum einen zwar die erwünschte Banddickenänderung
erbringen, zum anderen aber insbesondere für breitere Metallbänder eine
erhebliche Änderung
der Walzenbelastung über
die Breite zur Folge haben. Hierdurch wird die Biegelinie der Arbeitswalzen,
somit die geometrische Ausbildung des Walzenspaltes und damit die
Planheit beeinflußt,
sofern keine Korrektur zur Erzielung eines gleichmäßigen Spaltmaßes erfolgt.
Wird beim flexiblen Walzen der Walzenspalt entsprechend dem geforderten Bandprofil
ohne Korrektur verfahren, so entsteht für diesen Lastwechsel ein charakteristisches
unplanes Bandprofil über
die Breite. Aufgrund dieser Unplanheit besteht die Gefahr von Randwellen
bzw. Bandrissen, da die bezogene Höhenformänderung und dementsprechend
bezogene Längenformänderung nicht
konstant über
die Breite ist. Aufgrund dessen ergeben sich unterschiedliche Dicken über die
Breite und hieraus unterschiedliche Längen, die diese Bandfehler
verursachen.
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Die
Planheit ist eine wesentliche Anforderung an ein Metallband. Sie
ist wichtig, um für
die Weiterverarbeitung gleiche Verhältnisse von Bandmitte zu Bandkante
gewährleisten
zu können.
Bei nicht planen Bändern
kann es zu unerwünschten
Effekten beim Aufhaspeln kommen. Dies äußert sich in Reibspannungsspitzen
an den Kontaktflächen
im aufgehaspelten Coil entweder in der Bandmitte oder an der Bandkante
in Abhängigkeit
vom Bandprofil. Dies kann in Abhängigkeit
vom Umschlingungswinkel und den auftretenden Reibungsbedingungen
zu einem Kleben des aufgecoilten Bandes führen, insbesondere, wenn im
Anschluß an
das Walzen eine Glühbehandlung
durchgeführt
wird.
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Im
konventionellen Bandwalzprozeß zur Herstellung
von planen Metallbändern
mit über
ihre Länge
gleichbleibender Dicke werden sowohl die Banddicke als auch die
Planheit konstant eingestellt, über
komplexe Regelkreise überwacht
und bei auftretenden Abweichungen über entsprechende Stellglieder
geregelt. Eine Regelungsvorrichtung zum Ausregeln der walzkraftbedingten
Walzendurchbiegung im konventionellen Bandwalzprozeß ist beispielsweise
aus der
DE 22 64 333
C3 bekannt.
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Problematisch
ist, daß es
bei der bekannten Regelung einer bestimmten Ansprechzeit und einer gewissen
Regelzeit bedarf, bis die Regelung angesprochen hat und die Wirkung
einer Störgrößenänderung
durch die Wirkung der Regelung innerhalb der Meßgenauigkeit ausgeregelt ist.
Dieses Problem des Ansprechens der Regelung und der erforderlichen Regelzeit
spielt gerade beim flexiblen Walzen eine erhebliche Rolle, da zum
Teil sehr kurze Bandabschnitte mit unterschiedlichen Dicken bei
teilweise hohen Walzgeschwindigkeiten gewalzt werden müssen, und
die Planheit letztlich über
die gesamte Länge
des flexibel gewalzten Bandes garantiert sein soll. Gerade für breitere
Metallbänder
ist dies ausgesprochen schwierig.
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Im
Stand der Technik, von dem die Erfindung konkret ausgeht (vgl. JP-Abstract
61-172603 A), erfolgt
die Steuerung der Biegelinien der Arbeitswalzen in Abhängigkeit
von der Lastveränderung.
Das dadurch erreichte Ergebnis ist noch nicht völlig zufriedenstellend, insbesondere
bei relativ breiten Metallbändern.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten
Art zum flexiblen Walzen eines Metallbandes zur Verfügung zu stellen,
bei dem eine nochmals verbesserte Planheit erzielt werden kann,
und zwar auch bei relativ breiten Metallbändern.
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Die
zuvor hergeleitete und beschriebene Aufgabe ist bei einem Verfahren
der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Steuerung – der Biegelinien – in Abhängigkeit
vom eingestellten Walzspalt erfolgt. Wesentlich bei der Erfindung
ist, daß die
Beeinflussung der Biegelinien der Arbeitswalzen beim Einstellen
des Walzspalts – jedenfalls
zunächst – nicht über eine
Regelung erfolgt, sondern über
eine Steuerung, also einen Vorgang, bei welchem eine Größe – vorliegend
die Biegelinien der Arbeitswalzen – von einer anderen Größe – vorliegend
dem Walzspalt – in
einem vorgegebenen, festen Zusammenhang beeinflußt wird. Bei der Erfindung
erfolgt die Kompensation der Biegelinienänderung aufgrund der Lastwechsel bei
einer Walzspaltänderung
durch die Kenntnis der Biegelinienabhängigkeit von den jeweiligen
Walzspalten. Wird beispielsweise bei einem bestimmten Walzgut der
Walzspalt von S1 auf S2 verstellt,
so führt diese
Verstellung des Walzspalts zu einer Veränderung der Durchbiegung der
Arbeitswalzen. Diese Biegelinienänderung
ist bekannt und bildet die Grundlage der gesteuerten Kompensation.
Das Bekanntsein der Biegelinienänderung
kann aus der vorgegebenen Geometrie folgen, kann aber insbesondere
empirisch gewonnen werden, nämlich
dadurch, daß entsprechende
Meßgrößen während des
Walzprozesses rückgeführt werden.
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Die
Biegelinie wird im Ergebnis direkt in Abhängigkeit von den jeweiligen
Walzspalten durch Aufbringung, d. h. Erhöhung oder Verminderung bestimmter
Rückbiegekräfte angepaßt, um ein
gleichmäßiges Spaltmaß über die
Länge des
Walzspalts zu erhalten. Durch diesen steuernden Eingriff auf den Walzprozeß beim Einstellen
des Walzspalts kann gezielt auf das Metallband eingewirkt werden,
und zwar bevor eine mögliche
nachfolgende Regelung überhaupt
wirksam wird, um letztlich ein über
seine gesamte Breite planes Metallband zur Verfügung zu stellen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn die Planheit im Anschluß an die
Steuerung und insbesondere unmittelbar nach der Einstellung des
Walzspalts über
wenigstens einen Regelkreis geregelt wird. Die Erfindung sieht also
vor, daß zunächst, d.
h. beim Einstellen des Walzspalts, lediglich eine Steuerung erfolgt. Äußere Störgrößen mit
Ausnahme des sich ändernden
Walzspalts können
hierbei nicht berücksichtigt
werden. Ist der steuernde Eingriff jedoch abgeschlossen, spricht
die Regelung an, um die im Band verbliebene Unplanheit zu beseitigen
und damit ein planes Metallband zu erzielen.
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Während des
flexiblen Walzens ist es aufgrund der vorgegebenen Dickenänderungen
des Metallbandes mehrfach erforderlich, den Walzspalt zu verstellen.
Daher ist erfindungsgemäß weiterhin
vorgesehen, daß kurz
vor oder während
des erneuten Einstellens des Walzspalts die Regelung der Planheit unterbrochen
wird und die Biegelinien der Arbeitswalzen in Abhängigkeit
des neuen Walzspalts erneut gesteuert werden. Es ergibt sich also
ein ständiger Wechsel
zwischen Steuerung und Regelung in Abhängigkeit der vorbestimmten
Dickenänderung
des Metallbandes über
seine Länge.
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Zur
Steuerung werden in Abhängigkeit
von den unterschiedlichen Walzspalten vorbestimmte Rückbiegekräfte auf
die Arbeitswalzen und/oder die Stützwalzen aufgebracht, um eine
Arbeitswalzenbiegung oder eine Stütz- und Arbeitswalzenbiegung
zu erzielen. Korrespondierend hierzu werden zum Ausregeln einer
Unplanheit des Metallbandes dem jeweiligen Belastungsfall angepaßte Rückbiegekräfte auf die
Arbeitswalzen und/oder Stützwalzen
aufgebracht, um ebenfalls eine Arbeitswalzenbiegung und/oder Stütz- und
Arbeitswalzenbiegung zu erzielen. Die vorgenannte Steuerung bzw.
Regelung läßt sich
bevorzugt mit der erwähnten
Arbeits- und/oder Stützwalzenbiegung
umsetzen, da hier – der
Verfahrgeschwindigkeit des Walzspalts entsprechend – schnelle Änderungen
realisiert werden können,
was gerade beim flexiblen Walzen mit zum Teil sehr kurzen Bandabschnitten
wichtig ist. Denkbar wären
aber auch andere Möglichkeiten,
die Planheit zu beeinflussen, z. B. durch das Verschieben von Zwischenwalzen
beim Six-High-Mill-Gerüst,
durch hydraulisch gestützte
Walzen oder durch das Cross-Rolling. Ziel ist es aber in jedem Fall,
ein planes, flexibel gewalztes Band herzustellen und gleichzeitig
die Haspelfähigkeit
solcher Metallbänder
zu verbessern bzw. zu optimieren.
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Damit
die Regelung im Anschluß an
die Steuerung möglichst
schnell anspricht, was, wie zuvor bereits ausgeführt worden ist, gerade beim
flexiblen Walzen von erheblicher Bedeutung ist, empfiehlt es sich,
daß die
Messung der Planheit optisch vorgenommen wird. Die optische Messung
der Planheit läßt sich
unmittelbar hinter den Arbeitswalzen in einfacher Weise realisieren.
Dabei wird die Planheit des Metallbandes bevorzugt über die
gesamte Breite des Metallbandes hinter dem Walzspalt für jedes
Längeninkrement
gemessen.
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Besonders
bevorzugt im Zusammenhang mit der optischen Messung ist es, daß zur Messung
der Planheit über
die gesamte Breite des Metallbandes verteilte Laserdikkenmeßstationen
vorgesehen sind und daß die
Laserdickenmessung über
Triangulation erfolgt. Die Laserdickenmessung über die gesamte Breite des
Metallbandes ermöglicht
in einfacher Weise online eine Optimierung der Biegelinie der Arbeitswalzen.
Die Laserdickenmessung über
Triangulation ermöglicht
durch den kleinen Meßfleck
und die hohen Meßfrequenzen
von 1 kHz und mehr auch bei kurzen Bandabschnitten von ca. 50 mm
Länge das
Bestimmen des Querprofils.
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Es
versteht sich, daß es
grundsätzlich
möglich
ist, auch andere als optische Meßmittel zur Bestimmung einer
nach der Steuerung im Band noch verbliebenen Unplanheit zu verwenden.
So kann beispielsweise eine Stressometerrolle verwendet werden.
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Im übrigen ist
es von Vorteil, nicht nur die Planheit des Metallbandes zu regeln,
sondern auch die Banddicke des Metallbandes in Längsrichtung. Dies kann in den
Regelkreis zur Biegung der Arbeitswalzen integriert sein.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung nochmals erläutert. Es zeigt
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1 eine
schematische Darstellung eines Teils eines Walzgerüstes ohne
Gegenbiegung,
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2 eine
Ansicht des Walzgerüstes
aus 1 mit Gegenbiegung und
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3 die
Darstellung eines Regelkreises.
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In
den 1 und 2 ist ein Teil eines Walzgerüstes 1 einerseits
ohne Gegenbiegung (1) und andererseits mit Gegenbiegung
(2) dargestellt. Im einzelnen sind gezeigt eine
zylindrische Arbeitswalze 2 mit Walzenballen 3 und Lagerzapfen 4, 5,
die in Lagern 6, 7 gelagert sind. Oberhalb der
Arbeitswalze 2 befindet sich eine Stützwalze 8 mit einem
zylindrischen Stützwalzenballen 9 und
Lagerzapfen 10, 11, die in Lagern 12, 13 gelagert sind.
Bei der dargestellten Arbeitswalze 2 und der Stützwalze 8 handelt
es sich um die oberen Walzen des Walzgerüstes 1. Nicht dargestellt
sind die beiden unteren korrespondierenden Walzen, nämlich eine untere
Arbeitswalze und eine untere Stützwalze.
Zwischen den beiden Arbeitswalzen befindet sich der Walzspalt S.
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Selbstverständlich kann
die Erfindung sowohl bei einem Quarto-Walzgerüst als auch bei einem Duo-Walzgerüst angewendet
werden und können
statt zylindrischer Arbeitswalzen 2 und Stützwalzen 8 grundsätzlich auch
bombierte Walzen eingesetzt werden.
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In 1 ist
ein Anwendungsfall beim Walzen eines nicht gezeigten Metallbandes
dargestellt, wobei auf die Arbeitswalze 2 eine Walzkraft
FW ausgeübt
wird. Die Walzkraft FW bewirkt eine elastische Durchbiegung
der Arbeitswalze 2, so daß sich die Biegelinie B der
Arbeitswalze 2 ergibt. Die Walzkraft FW führt jedoch
nicht nur zu einer Durchbiegung der Arbeitswalze 2 sondern
auch zu einer Durchbiegung der Stützwalze 8, was jedoch
im einzelnen nicht dargestellt ist.
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In
der 2 ist der Zustand der Arbeitswalze 2 und
der Stützwalze 8 mit
Gegenbiegung dargestellt. Der Walzspalt S hat im Gegensatz zum in 1 dargestellten
Zustand ein konstantes, gleichmäßiges Spaltmaß; es ist
also ein zumindest im wesentlichen gleichbleibender konstanter Abstand
zwischen den beiden einander zugewandten Flächen der Arbeitswalzen 2 verwirklicht.
Im in 2 dargestellten Zustand ist die Arbeitswalze 2 nicht
durchgebogen. Der Walzkraft FW wirken über die
Stützwalze 8 aufgebrachte
Rückbiegekräfte FB entgegen.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
verläuft
die Biegelinie B, die der Mittelachse der Arbeitswalze 2 entspricht,
parallel zur Außenseite
der Arbeitswalze 2. Bei einem bombierten Walzenballen 3 ist
dies nicht der Fall. In diesem Falle ist bei einem über die
Länge der
Arbeitswalze 2 konstanten Walzspalt im Gegensatz zu der
Darstellung gemäß 2 die
Arbeitswalze 2 durchgebogen, obwohl die den Walzspalt begrenzende
Linie bzw. Fläche
der Arbeitswalze 2 horizontal verläuft.
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Das
erfindungsgemäßen Verfahren
zum flexiblen Walzen eines Metallbandes läuft nun so ab, daß der Walzspalt
S während
des Walzvorganges gezielt verfahren wird, um eine vorbestimmte Dickenänderung
des Metallbandes über
seine Länge zu
erzielen. Wesentlich ist dabei zunächst, daß während des Einstellens des Walzspalts
S oder unmittelbar danach die Biegelinien B der Arbeitswalzen 2 in Abhängigkeit
vom eingestellten Walzspalt zur Erzielung einer Planheit des Metallbandes
gesteuert werden. Dies ist durch die Kenntnis der Biegelinienabhängigkeit
von den verschiedenen Walzspalten S möglich. Hierdurch wird die aufgrund
der verschiedenen Walzspalte S verursachte Abweichung vom idealen
Spalt kompensiert.
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Im
Anschluß an
den zuvor beschriebenen steuernden Eingriff beim Einstellen des
Walzspalts S wird die Planheit über
den in 3 dargestellten Regelkreis geregelt. Hierdurch
wird eine noch im Metallband nach dem steuernden Eingriff verbliebene
Unplanheit ausgeregelt. Wird der Walzspalt S später wieder verstellt, wird
die Regelung unterbrochen und in der zuvor erläuterten Weise wieder gesteuert.
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Zur
Steuerung werden in Abhängigkeit
von den verschiedenen Walzspalten S vorbestimmte Rückbiegekräfte FB auf die Stützwalzen 8 aufgebracht,
um eine Arbeits- und Stützwalzenbiegung
zu erzielen. Mit dem gleichen Ziel werden Rückbiegekräfte FB auf
die Arbeitswalzen 2 zum Ausregeln der Unplanheit aufgebracht.
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Zur
Regelung wird zunächst
eine Meßwerterfassung über entsprechende
Meßmittel
vorgenommen. Dabei wird sowohl das Längs- als auch das Querprofil
vermessen. Anschließend
erfolgt die Längsprofil-
bzw. Querprofilerkennung, wobei die Regelabweichung zwischen Ist-
und Sollwert der jeweiligen Regelgröße festgestellt wird. Die jeweiligen Korrekturwerte
werden dann einem Regelkreis zugeführt. Bei der Längsprofilerkennung
wird entsprechend dem vorgegebenen Sollwert die Änderung Δh der Dicke des Metallbandes
auf den vorgegebenen Sollwert korrigiert. Hierzu ist eine entsprechende Änderung ΔS des Walzspalts
erforderlich. Von der Änderung
des Walzspalts S hängen
schließlich
wiederum die auf die jeweiligen Arbeitswalzen 2 aufzubringenden
Rückbiegekräfte FB ab.