DE2023799B2

DE2023799B2 - Vorrichtung zur Steuerung einer Kühleinrichtung für bandförmiges Walzgut

Info

Publication number: DE2023799B2
Application number: DE2023799A
Authority: DE
Inventors: Eric Nahmen Schenectady N.Y. Hinrichsen; Eugene Richard Phoenix Ariz. Turk
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-05-16
Filing date: 1970-05-15
Publication date: 1980-01-10
Also published as: DE2023799C3; NL7007135A; FR2047828A5; US3604234A; GB1290837A; NL156069B; JPS5028885B1; DE2023799A1

Description

A) die Geschwindigkeit des Bandes beim Verlassen der Fertigstraße erfaßt wird und daß ein Geschwindigkeitsprofil für das über den Rollgang laufende Band gebildet wird,

B) der Zeüpunkt berechnet wird, zu dem sich jeder der zusammenhängenden Sandabschnitte bestimmter Länge an vorbestimmten Stellen entlang dem Rollgang befindet, indem das Geschwindigkeitsprofil zeitlich integriert wird, um die von jedem Bandabschnitt bestimmter Länge zurückgelegte Strecke als eine Funktion der Zeit zu bestimmen, und indem aus dem zeitlich integrierten Geschwindigkeitsprofil die Zeitspanne ermittelt wird, in der jeder Bandabschnitt sich über die Strecke zwischen dem Eintritt i' den Rollgang und den vorbestimmten Stellen entlang dem Rollgang bewegt,

C) diejenige Anzahl von Sprühvorrichtungen ermittelt wird, die zum Abkühlen eines jeden der zusammenhängenden Bandabschnitte von der Eingangstemperatur auf eine gewünschte Atssgangstemperatur erforderlich ist, indem

1) die Anzahl der Sprühvorrichtungen, die zum Kühlen eines Bandabschnittes erforderlich ist, der sich mit einer vorbestimmten unteren Grundgeschwindigkeit über den Rollgang bewegt, die eine vorbestimmte obere Zeit · spanne zum Durchlaufen des Rollganges erfordert, aus einer ersten Schar empirisch ermittelter, im Rechner gespeicherter Kurven berechnet wird, wobei jede Kurve in der ersten Schar die Anzahl von erforderlichen Sprühvorrichtungen bei der unteren Grundgeschwindigkeit für Bereiche von Eingangstemperaturen und Ausgangstemperaturen für einen Bandabschnitt mit einer in einen bestimmten Dickenbereich fallenden Dicke ausdrückt,

2) die Anzahl der Sprühvorrichtungen, die zum Kühlen des gleichen Bandabschnittes erforderlich ist, wenn der Abschnitt den Rollgang bei einer oberen Grundgeschwindigkeit durchläuft, die eine vorbestimmte untere Zeitspanne zum Durchlaufen des Rollganges erfordert, aus einer zweiten Schar empirisch ermittelter, im Rechner gespeicherter Kurven berechnet wird, wobei jede Kurve in der zweiten Schar die Anzahl der erforderlichen Sprühvorrichtungen bei der oberen Grundgeschwindigkeit für Bereiche von Eingangstemperaturen und Ausgangstemoeraturen für einen Bandabschnitt mit

einer in einen bestimmten Dickenbereich fallenden Dicke ausdrückt und
3) die Anzahl der Sprühvorrichtungen, die für jeden Bandabschnitt und die tatsächliche Zeitspanne erforderlich ist, berechnet wird als eine Funktion der tatsächlichen Zeitspanne und der oberen und der unteren Zeitspanne,

D) die Anzahl der in Betrieb gesetzten Sprühvorrichtungen gemäß der vorstehenden Berechnung für jeden Bandabschnitt in einer mit der Bewegung eines jeden Bandabschnittes über den Rollgang zusammenfallenden Folge verändert wird, wobei jede Sprühvorrichtung genau dann in Betrieb gesetzt wird, wenn aus dem zeitlich integrierten Geschwindigkeitsprofil ermittelt ist, daß die Bandabschnitte die Strecke vom Eingang des Rollgangs zu der betreffenden Sprühvorrichtung zurückgelegt haben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß für jeden Bandabschnitt die Eingangstemperatur gemessen und mit der empirisch ermittelten Eingangstemperatur verglichen wird und für nachfolgende Bandabschnitte die entsprechende empirisch ermittelte, im Rechner gespeicherte Kurvenschar entsprechend der Temperaturabweichung angepaßt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Bandabschnitt die Ausgangstemperatur gemessen und mit der empirisch ermittelten Ausgangstemperatur verglichen wird und für nachfolgende Bandabschnitte die entsprechende empirisch ermittelte, im Rechner gespeicherte Kurvenschar entsprechend der Temperaturabweichung angepaßt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genaue Zeitpunkt der InbetrieDsetzung einer Sprühvorrichtung unter Berücksichtigung ihrer Ansprechzeit er mitteh isL

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung einer Kühleinrichtung für bandförmiges Walzgut in einem Walzwerk mit einer Fertigstraße, einem Rollgang vorbestimmter Länge, Sprühvorrichtungen zum Kühlen des Bandes auf dem Rollgang, einem Wickler und Einrichtungen zum Erfassen der Eingangstemperatur und der Ausgangstemperatur des Bandes auf dem Rollgang und zum Erfassen der Bandgeschwindigkeit und der Banddicke, wobei die dadurch erhaltenen Werte einem Rechner zugeführt werden, der die Sprühvorrichtungen gemäß verschiedenen Betriebsbedingungen steuert. Eine derartige Vorrichtung ist in der US-PS 33 00 198 beschrieben.

In einem Warmbandwalzwerk wird ein relativ dickes Werkstück aus Metall oder eitie Bramme mit einer Anfangstemperatur von etwa 1200°C zu einer relativ dünnen langgestreckten Metallband gewalzt. Beim Durchlaufen der Walzstraße verringern die Wärmeverluste, die durch Strahlung, durch zwischen den Walzstrecken angeordnete Kühlsprühvorrichtungen und/oder durch Wärmeleitung über die Walzen hervorgerufen werden, die Bandtemperatur auf 760°C bis 95O⁰C. Die genaue Temperatur hängt dabei von der Dicke des Bandes ab. Nach dem Austritt aus der letzten

Walzstrecke läuft das Band auf seinem Weg zum Wickler über einen Rollgang. Dieser Rollgang dient als Kühlzone, in der die Temperatur des Bandes von der Eingangstemperatur auf einen für den Wickelvorgang geeigneten Wert (Ausgangstemperatur) herabgesetzt wird. In Abhängigkeit von der Dicke des Bandes kann die gewünschte Wickeltemperatur (Ausgangstemperatur), in dem Bereich zwischen 450⁰C und 815" C liegen. Da der Rollgang normalerweise etwa 150 m lang ist und da die Geschwindigkeit, mit der das Band aus der letzten Walzstrecke der Fertigstraße austritt, Werte von mehr als 1000 m/min erreichen kann, sind oberhalb und unterhalb des Rollgangs Sprühvorrichtungen angeordnet, um für eine ausreichende Kühlung zu sorgen. Die Menge und die Verteilung des durch diese Sprühvorrichtungen abgegebenen Kühlwassers wird zur Beeinflussung der Kühlgeschwindigkeit gesteuert

In einigen Walzanlagen werden die Sprühvorrichtungen von Hand gesteuert Ein Operateur beobachtet die Bandtemperatur mit Hilfe von Pyrometern, die an der letzten Walzstrecke in der Fertigstraße und am Wickler angeordnet sind. Wenn Abweichungen von der vorbestimmten Temperatur beobachtet werden, versucht der Operateur, die Verteilung der Sprühvorrichtungen zu beeinflussen, um den Temperaturfehler zu korrigieren. Die Meßverzögerung und die Reaktionszeit des Operateurs im Zusammenhang mit den großen Geschwindigkeiten, mit der das Band über den Rollgang läuft, hindert jedoch den Operateur oft daran, die Sprühverteilung zu dem Zeitpunkt und an dem Ort zu verändern, die für eine richtige Korrektur der Temperaturabweichung erforderlich wäre.

Gemäß der eingangs genannten US-PS 33 00 198 sind auch bereits Regelvorrichtungen entwickelt worden, die auf die gemessenen Temperaturabweichungen ansprechen, um die Sprühvorrichtungen zu steuern. Bei diesen bekannten Vorrichtungen ist jedoch nachteilig, daß das durchlaufende Band als eine in seinen Parametern gleichbleibende Einheit betrachtet wird. Wenn beispielsweise am Anfang des Rollganges höhere Temperaturen als normal festgestellt werden, wird sofort, schon auf dem Rollgang, eine vergrößerte Anzahl von Sprühdiisen auf das Band gerichtet, und zwar unabhängig von der tatsächlichen Temperatur des Bandes im Bereich der zusätzlichen Sprühdiisen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Anzahl und den Bereich der aktivierten Sprühdiisen einer Sprühkühleinrichtung für bandförmiges Walzgut gemäß den tatsächlichen Erfordernissen bezüglich Wärmeabfuhr und Position einzelner Walzgutabschnitte steuert.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die erforderliche Wärmeabfuhr einzelner Bandabschnitte im voraus ermittelt wird und dann die Sprühvorrichtungen derart gesteuert werden, daß die einzelnen Bandabschnitte entsprechend ihren individuellen Erfordernissen gekühlt werden. Dadurch werden die gewünschten Wickeltemperaturen genauer eingehalten und es wird eine Verbesserung der Materialqualität erzielt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet sehr trägi,eitsarm da die Rückkopplung

von Walzguttemperaturen nicht unmittelbar auf das Eingangssignal eines bekannten Regelkreises einwirkt, was bei den Schwierigkeiten der Temperaturmessung und der hohen Durchlaufgeschwindigkeiten des Bandes zu unerwünschten Ergebnissen führt, sodann lediglich zur Anpassung der Eingangsparameter der Vorwärtssteuerung für nachfolgende Bandabschnitte dient

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine vereinfachte Darstellung einer Warmbandwalzanlage mit der Steuerungsvorrichtung,

F i g. 2 ein Beispiel eines Geschwindigkeitspvofils für ein über den Rollgang laufendes Band,

Fig.3 eine graphische Darstellung eines Teils des zeitlich integrierten Geschwindigkeitsprofils gemäß Fig. 2,

F i g. 4 eine graphische Darstellung von Temperaturkurven, die zur Berechnung der Anzahl von erforderlichen Spriihvorrichtungen bei gegebenen Bandgeschwindigkeiten als Funktion des gewünschten Tempera turabfalles verwendet werden,

Fig.5 eine Kurvenschar, wobei die Anzahl der Spriihvorrichtungen über der Aufenthaltszeit aufgetragen ist,

Fig.6 eine Darstellung von aufeinanderfolgenden Sprühbildern für zwei benachbarte Abschnitte eines Bandes,

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Temperatur über der Anzahl von Spriihvorrichtungen für ein adaptives Verfahren, das auf der Rückkopplung der Aurlauf temperatur der Fertigstraße basiert,

F i g. 8 in graphischer Darstellung der Anzahl der Sprühvorrichtungen über den Aufenthaltszeiten die Wirkungen des adaptiven Verfahrens, das auf der Rückkopplung der Auslauftemperatur der Fertigstraße basiert,

F i g. 9 in graphischer Darstellung der Temperatur über den Sprühbildlängen die Wirkungen d<;s adnptiven Verfahrens, das auf einer Rückkopplung der Wickeltemperatur basiert.

ί . einer Warmbandwalzanlage werden die ersten Dickenverringerungen einer Metallbramme in einem Satz hintereinander angeordneter Walzgerüste vorgenommen, die als Vorwalzstraße oder Rohbearbeitungsstrecke bekannt sind. Fi g. 1 zeigt in star* vereinfachter Form das letzte Walzgerüst /?/. einer Vorstraße zusammen mit anderen Komponenten in einer Warmbandwalzanlage. Wenn die Bramme aus dem Walzgerüst Ri. austritt, bewegt sie sich über einen Rollgang 20 in Richtung auf eine Fertigstraße 22, die aus hintereinander angeordneten Walzgerüsten Fl, F2, F3, F4und F5 besteht. Die letzten Dickenverringerungen werden in der Fertigstraße 22 vorgenommen, um ein Metallband mit einer Länge von 300 m oder mehr zu erzeugen. Wenn d"s Band aus dem letzten Walzgerüst F5 in der Fertigstraße 22 austritt, läuft es über einen Rollgang 24 (Wasservollgang), bevor das Band durch einen Wickler 26 aufgewickelt wird. Während des Wickelvorganges ivird der Bandzug durch ein Paar Klemmrollcn 28 und 30 aufrechterhalten, die am Wicklerende des Rollganges 24 angeordnet sind

Die Bandtemperaturen, bei denen der V/ickelvorgang ausgeführt werden kann, sind wesentlich niedriger als die Bandtemperatur am letzten Walzgerüst in der Fertigstraße 22. Obei halb und unterhalb des Rollganges 24 sind daher je 20 bis 100 einzeln steuerbare Sprühvorrichtungen 32 angeordnet, die eine etwa 90 m

lange Kühlzone 36 bilden in der das Band durch Wasserkühlung auf die richtige Temperatur für die Aufwicklung gebracht wird.

Die Geschwindigkeit eines aus der Fertigstraße 22 austretenden Bandes ist nicht konstant, sondern kann variieren, wenn die Fertigstraße 22 beschleunigt oder verlangsamt wird, um die Produktivität zu steigern oder um eine konstante Temperatur in der Fertigstraße aufrechtzuerhalten, so lange dies unter Einhaltung der Betriebssicherheitsgrenzen möglich ist. Um jeden Abschnitt des Bandes während seiner Laufzeit bis zum Wickler 26 auf eine konstante Temperatur abzukühlen, wird die Kühlwassermenge die in der Kühlzone 36 iuf das Band aufgebracht wird, ourch Steuerung der Anzhl der .Sprühvorrichtungen eingestellt, die während einer bestimmten Zeit eingeschaltet sind. Es wird also die Länge des Sprühbildes verändert, während die Menge

UtI UUI 1.11 J*, UV. ϋμΐ UIITWI I IV-

1% Y* Vl/

UMg Ul/g^£<c*iitri ·' Sj>C"

konstant bleibt.

Die Temperatur des Bandes wird durch drei verschiedene Pyrometer erfaßt. Das erste Pyrometer 42 ist auf der Ausg?ngsseite des letzten Walzgerüstes R/ in der Vorstraße aiigeurunci. Das zweite Pyrometer 44 befindet sich zwischen dem vorletzten Walzgerüst F 4 und dem letzten Walzgerüst F5 in der Fertigstraße, wogegen das dritte Pyrometer 46 am Eingang zum Wickler 26 angeordnet ist. Die durch das Pyrometc 42 erfaßte Temperatur dient zur Bestimmung des anfänglichen Sprühbildes. Die Temperaturrückkopplungcn von den Pyrometern 44 und 46 werden dazu verwendet, die Sprühbilder für ein gerade gekühltes Band zu verändern und die gespeicherten Daten zur Verbesserung der Temperaturregelung nachfolgender Bänder anzupassen.

Die Enden eines Bandes werden durch einen oberhalb des Rollganges 20 angeordneten Metallsensor 48, eine Kraftmeßdose 50 im Walzgerüst F1 und ein Dickenmeßgerät 52 erfaßt, das zwischen dem Walzgerüst F5 und der Kühlzone 36 tngeordnet ist. Die Erfassung der Bandenden sind sekundäre Funktionen für die Kraftmeßdose 50 und das Dickenmeßgerät 52. Ihre Hauptfunktionen liegen in der Messung der Walzkräfte am Walzgerüst Fl und der Messung der Enddicke eines Bandes. Ein erster Impulsgenerator 54, der mit einer der Walzen in dem Walzgerüst F5 mechanisch gekoppelt ist. erfaßt die Geschwindigkeit des Bandes und die von diesem zurückgelegte Strecke, wenn es aus der Fertigstraße 22 austritt. Ein zweiter Impulsgenerator 56, der mechanisch mit der Klemmrolle 28 gekoppelt ist, kann zur Erfasmng des Weges und der Geschwindigkeit des Bandes verwendet werden, nachdem dessen hinteres Ende das Walzgerüst F5 verlassen hat, so daß der Impulsgenerator 54 nicht langer wirksam ist. Die Ausgangssignale von den beschriebenen Sensoren werden einem Rechner 40 zugeführt, der einen Hilfseingang 41 und einen Ausgang zu den Sprühvorrichtungen in der Kühlzone 36 aufweist

Die Drehzahlen, mit denen die Fertigstraße 22 arbeitet bestimmen die Bandgeschwindigkeiten, bis das hintere Ende des Bandes das Walzgerüst FS verläßt. Zu diesem Zeitpunkt geht die Geschwindigkeitsregelung für das Band auf den Wickler 26 über. In beiden Fällen werden die Drehzahlen bzw. Geschwindigkeiten durch die Eigenschaften des Bandes gemäß vorbestimmter Beziehungen bestimmt die in chronologischer Reihenfolge ein Geschwindigkeitsprofil der in F i g. 2 dargestellten Art bilden.

Die Beziehungen zwischen den Bandeigenschaften

und den Walzendrehzahlen sind im Rechner 40 gespeichert. Anhand der durch die beschriebenen Sensoren und den Hilfseingang 41 zugeführten Informationen bestimmt der Rechner 40 die Knickpunkte und Beschleunigungen für das Geschwindigkeitsprofil (F i g. 2). Wenn das Kopfende eines Bandes aus der Fertigstraße 22 austritt und den Rollgang 24 zu einer Zeit in erreicht, bewegt es sich mit einer unteren Grundgeschwindigkeit V/., die geich der Walzgeschwin digkeit der Fertigstraße 22 ist. Diese Walzgeschwindigkeit ist als eine Funktion der Bandtemperatur und der Dicke am Eingang zur Fertigstraße 22 festgelegt. Das Band läuft mit der Geschwindigkeit V/ über den Rollgang 24, bis das Kopfende zu einer Zeit t\ den Wickler 26 erreicht. Wenn das Kopfende von dem Wickler aufgenommen ist, werden die Fertigstraße 22 und der Wickler 26 beschleunigt, wobei die Beschleuni-

Λ U Λ DU Λί\ 1 ' Γ 1 *' I

Enddicke des Bandes bestimmt wird. Die Geschwindigkeit eines genügend langen Bandes kann zu einem Zeitpunkt I₂ eine obere Grundgeschwindigkeit V₁, überschreiten und eine maximale Geschwindigkeit V_mjx erreichen, die durch den Rechner 40 als eine Funktion der Fingangsdicke, der Breite und der Bandtemperatur festgelegt ist, um sicherzustellen, daß die Walzanlage innerhalb der Kraft- und Drehmomentgrenzen arbeitet. Die Geschwindigkeit V₁, kann als ein fester Prozentsatz von V„,_Jt eingestellt sein, so daß Temperaturanzeigen bei V„ abgeschlossen sind, bevor das Band die Geschwindigkeit V₁,,,, erreicht.

V·,,, werde zu einem Zeitpunkt Is erreicht. Anschließend arbeitet die Fertigstraße 22 bei dieser Geschwindigkeit, bis das hintere Bandende das Walzgerüst Fl in der Fertigstraße 22 zu einem Zeitpunkt ti verläßt. Nach einer Verzugszeil , die den Bandabmessungen und der Geschwindigkeit proportional ist, wird die Fertigstraße 22 gleichmäßig auf eine sichere Auslaufgeschwindigkeit V. (eine Funktion der Enddicke des Bandes) verlangsamt. Das hintere Bandende darf beim Verlassen des Walzgerüstes F5 höchstens die Geschwindigkeit V_c aufweisen. da die plötzliche Aufhebung des Bandzuges bei Austrittsgeschwindigkeiten größer als V_c die Wirkung haben kann, daß das Band an dem Rollgang 24 entlangschnellt. Nachdem die Fertigstraße 22 auf die Geschwindigkeit K, im Zeitpunkt is verlangsamt ist. wird die Bandgeschwindigkeit konstant gehalten, bis das hintere Bandende das Walzgerüst F5 tatsächlich verläßt. Wenn das hintere Ende über den Rollgang 24 läuft, wird die Geschwindigkeit des Bandes zu einem Zeitpunkt fe weiter auf eine vorzugsweise voi. einem Operateur festgelegte sichere Aufnahmegeschwindigkeit V_p verringert bis das hintere Ende zum Zeitpunkt ti den Wickler 26 erreicht.

Die Länge der Sprühbilder wird gesteuert als Funktion 1.) der Zeit die zum Lauf von Bandabschnitten über den Rollgang erforderlich ist (Aufenthaltszeiten) und 2.) der augenblicklichen Position dieser Abschnitte in der Kühlzone 36. Sowohl die Aufenthaltszeiten als auch die Positionen der Abschnitte können durch Integration des Bandgeschwindigkeitsprofiis nach der Zeit gewonnen werden. Fig.3 zeigt das Integral des Geschwindigkeitsprofils gemäß Fig.2 zwischen den Zeiten fo und fs. Die Ordinate stellt die Strecke dar, die das Band zurückgelegt hat nachdem das Kopfende den Rollgang zur Zeit to erreicht hat Auf der Abszisse ist die Zeit aufgetragen, während der sich ein Punkt auf dem Band um eine beliebige Strecke vom Anfang des Rollganges bewegt Zur Berechnung der Aufenthaltszei-

ten wird die Länge L des Rollganges auf der Ordinate aufgetragen. Wie aus dem Geschwindigkeisprofil zu erwarten ist, wird die Strecke L vom Kopfende des Bandes während einer Aufenthaltszeit fi — in zurückgelegt. Die Aufenthaltszeit für jeden anderen Punkt auf dem Band bestimmt sich aus der Zeit die der Punkt zum Zun""-klegen der Strecke L entlang der Integralkurve benötigt. Hat beispielsweise ein bestimmter Punkt den Anfang des Rollganges zu einer Zeit l, erreicht, so wird aus F i g. 3 ersichtlich, daß er bis zu einer ?.eit th entlang der Strecke L wandert und somit auf dem Rollgang verbleibt. Die Aufenthaltszeit für diesen Punkt ist demnach gleich t_h— t.,.

Um die Berechnungen der Aufenthaltszeit benützen zu können müssen die Abschnitte, für die diese Berechnungen angestellt werden, auf einen Basispunkt bezogen werden. Dazu wird jeder Abschnitt mittels des Impulsgenerators 54 und eines Digitalzahlers (nicht gezeigt) auf das Kopfende des Bandes bezogen, sobald dieses von dem Dickenmeßgerät 52 erfaßt ist. Die Anzahl der durch den Impulsgenerator 54 erzeugten Impuls ist direkt proportional zu der von dem Kopfende des Bandes zurückgelegten Strecke. Wenn also die Anzahl der Impulse die durch den Impulsgenerator 54 pro Meter Bandbewegung erzeugt werden, und der Abstand in Meter zwischen einem bestimmten Abschnitt und dem Kopfende bekannt ist, kann der Abschnitt als am Anfang des Rollganges befindlich festgestellt werden, wenn die Summe der Impulse gleich dem Produkt dieser zwei Größen ist.

Die Zeit die ein Abschnitt benötigt, um irgendeinen Punkt auf dem Rolltisch zu erreichen, nachdem er das Walzgerüst FS verlassen hat, kann ebenfalls unter Verwendung der Integralkurve gemäß F i g. 3 bestimmt werden. Zu jedem bestimmten Zeitpunkt ist die von dein Kopfende des Bandes zurückgelegte Strecke aus der Impulszählung bekannt, so daß die Lage des Kopfendes auf der Integralkurve festgelegt ist. Wenn das Kopfende auf dem Rollgang einen dem Kurvenpunkt P entsprechenden Weg zurückgelegt hat und die betrachtete Stelle auf dem Band sich gerade im Walzgerüst FS befindet (Kurvenpunkt R), so benötigt die betrachtete Bandstelle für die Strecke D bis zu einer bestimmten Sprühvorrichtung Sdie Zeit /,— t_r.

Zweckmäßigerweise werden die Aufenthaltszeiten für benachbarte, gleich lange Abschnitte eines Bandes berechnet. Wenn das Kopfende des Bandes das Walzgerüst F5 erreicht, so werden die Impulse, die der Impulsgenerator 54 zu erzeugen beginnt, einem vorher auf einen der Abschnittslänge äquivalenten Anfangszählerstand eingestellten Rückwärtszähler (nicht gezeigt) zugeführt. Eine Bewegung des Bandes über den Rollgang bewirkt, daß der Zähler wiederholt bis Null zurückzählt Mit üblichen Schaltkreisen wird beim Zählerstand Null Abtastimpuls erzeugt, der den Zähler setzt und die Berechnung einer Aufenthaltszeil einleitet.

Die berechneten Aufenthaltszeiten müssen in dem Sprühbild zugeordnete Größen umgeformt werden. Zunächst werden gespeicherte Kurven der in Fig.4 gezeichneten Art verwendet, um die Sprühbilder festzulegen, die für die bei der oberen und der unteren Grundgeschwindigkeit über den Rollgang laufenden Abschnitte erforderlich sind. Diese Kurven die empirisch oder aus theoretischen Wärmeübergangsgleichungen abgeleitet werden können, zeigen Fertig^vaiztomperaturen und Wickeltemperaturen über der Anzahl von Sprühvorrichtungen bei einer konstanten Ge schwindigkeit, die entweder die untere oder die obere Grundgeschwindigkeit für das Band ist. Das thermische Verhalten der Metallbänder variiert naturgemäß mit der Dicke und dem Werkstoff so daß es erforderlich wird, für verschiedene Dickenbereiche und Stahlsorten Kurvenscharen zu speichern. Somit gilt F i g. 4, in der die Kurve 58 einen Bereich von Fertigwalztemperaturen und die Kurve 60 einen Bereich von Wickeltemperaturen zeigt, nur für eine bestimmte Stahlsorte, für eine Dicke innerhalb eines bestimmten Dickenbereiches und für eine bestimmte Geschwindigkeit die entweder die untere oder die obere Grundgeschwindigkeit sein kann. Zur Berechnung der Anzahl von Sprühvorrichtungen, die zur Kühlung eines Bandes von einer vorherbestimmten Temperatur 7) einer Fertigwalzanlage auf eine gewünschte Wickeltemperatur 7] bei einer bestimmten Geschwindigkeit erforderlich sind, werden die Schnittpunkte der Temperaturwerte 77 und 7", mit den Kurven 58 bzw. 60 aus einer Kurvenschar bestimmt. Die 7~/-Kurve 58 legt mit ihrem Schnittpunkt eine erste Anzahl von Sprühvorrichtungen /v'1 fest. Auf ähnliche Weise gibt die Γ,-Kurve 60 durch Schnittpunktbildung eine zweite Anzahl Sprühvorrichtngen /V2 an. Die Gesamtzahl der Sprühvorrichtungen oder das Sprühbild, das zur Herabsetzung der Temperatur von T₁ auf T erforderlich ist. wird aus der Differenz /VI — /V2 gewonnen. Die Anzahl Sprühvorrichtungen N/, die zur Herbeiführung des gewünschten Temperaturabfalles bei der unteren Grundgeschwindigkeit Vi erforderlich ist, ist die minimale Anzahl. Die Anzahl von Sprühvorrichtungen Nr, die zur Herbeiführung des gleichen Temperaturabfalles bei der oberen Grundgeschwindigkeit Vi erforderlich ist, wird in der gleichen Weise berechnet. Da jedor die obere Grundgeschwindigkeit Vi kleiner gemacht wird als die maximale Geschwindigkeit K_n,.,,, um eine Rückführung der Temperaturmeßwerte zu gestatten, bevor die Verlangsamung der Walzanlage eingeleitet wird, sind zusätzliche Berechnungen notwendig, um die maximale Anzahl von .Sprühvorrichtungen zu berechnen, die benötigt werden können. Da V, ein fester Prozentsatz von V_n,.,, ist. dient das feste Verhältnis

r„.„_x

als ein Faktor, der durch Multiplikation mit Ni die maximale Anzahl von Sprühvorrichtungen yv_mj. ergibt, die bei der Geschwindigkeit V_m3, erforderlich sind.
Die Anzahlen der Sprühvorrichtungen Nr und Ni.,

"■ii ausgedrückt als Funktionen der Aufenthaltszeiten, bi'den die Endpunkte für eine Kurve, die die Anzahl der Sprühvorrichtngen wiedergibt, die für Abschnitte mit dazwischenliegenden Aufenthaltszeiten notwendig sind. Die in Fig.5 dargestellte Kurve kann linear, konkav oder konvex sein, wobei die genaue Form von den Eigenschaften und Abmessungen des gekühlten Bandes abhängig ist. Unabhängig von der Form der Kurve kann die Zahl der Spmhvorrichtungen N_x, die für ein Band mit einer Aufenthaltszeit f, erforderlich ist, aus folgender Gleichung bestimmt werden:

N, = N₁.+ (---)"-W₁-N₁.). \'i. — h J

Darin bedeuten:

N_x = Anzahl der Sprühvorrichtungen für einen Abschnitt, der in einer Aufenthaltszeit f, über den Rollgang läuft.

Ν/. = Anzahl der Sprühvorrichtungen für einen Abschnitt, der bei einer unteren Grundgeschwindigkeit über den Rollgang läuft.

Nu = Anzahl der Sprühvorrichtungen für einen Abschnitt, der bei der oberen Grundgeschwindigkeit i'ber den Rollgang läuft.

ti. = Aufenthaltszeit eines Abschnittes, der bei der untertii Grundgeschwindigkeit über den Rollgang läuft.

tu = Aufenthaltszeit eines Abschnittes, der bei der oberen Grundgeschwindigkeit über den Rollgang läuft.

f, = Aufenthaltszeit des betrachteten Abschnitts und £ = eine kurvenformbestimmende Konstante.

Durch Bestimmung der Aufenthaltszeit für das Kopfende jedes Bandabschnitts und durch wiederholte Lösung der gegebenen Gleichung unter Verwendung der ermittelten Aufenthältszeiten werden die Sⁿriihbi!- der bestimmt, die für eine richtige Kühlung aller Abschnitte erforderlich sind. Um sicherzustellen, daß jeder Bandabschnitt stets der erforderlichen Anzahl von Sprühvorrichtungen ausgesetzt wird, werden die Sprüh vorrichtungen der Reihe nach so gesteuert, daß sie dem Abschnitt über den Rollgang hinweg folgen. Dies ist in Fig. 6 für zwei aufeinanderfolgende Abschnitte des gleichen Bandes gezeigt. Für den ersten Abschnitt seien zehn und für den zweiten Abschnitt elf Sprühvorrichtungen erforderlich. Dabei wird jeder Abschnitt als ISm lang angenommen, wobei er sich (für typische Düsenabstände) über zehn Sprühvorrichtungen erstreckt. Die eiKiseitigen Sprühdüsen des momentanen Sprühbildes, sind als vertikaler Strich (erster Abschnitt) bzw. als (zweiter Abschnitt) dargestellt. Die Sprühvorrichtungen innerhalb des Sprühbildes sind eingeschaltet und geben Kühlwasser ab.

Das Kopfende des ersten Abschnittes erreicht den Bereich der Sprühvorrichtung 51 zu einem Zeitpunkt in. Auf ein Schaltsignal hin schaltet die Sprühvorrichtung Sl ein und bleibt eingeschaltet, da das Kopfende über diesen Bereich hinaus läuft. Wenn sich der erste Abschnitt entlang des Rollganges bewegt, werden die Sprühvorrichtungen 52 bis SlO der Reihe nach, hinzugeschaltet, da das Kopfende des ersten Abschnittes jede dieser Vorrichtngen erreicht und über diese hinausläuft. Zu einem Zeitpunkt fi erreicht das Kopfende die Sprühvorrichtung SlO. Die erforderlichen zehn Sprühvorrichtungen arbeiten nun, und es brauchen für den ersten Abschnitt keine weiteren Sprühvorrichtungen hinzugefügt zu werden. Wenn kein zweiter Abschnitt folgte, würden die Sprühvorrichtungen S1 bis S10 der Reihe nach abgeschaltet werden, da das hintere Ende des ersten Abschnittes jede dieser Vorrichtungen erreicht und darüber hinausläuft, bis schließlich zu einem Zeitpunkt i2 die Sprühvorrichtung S10 die allein noch arbeitende Sprühvorrichtung wäre.

Für den unmittelbar folgenden zweiten Abschnitt werden die Sprühbilder in der gleichen Weise bestimmt wie für den ersten Abschnitt Das Zu- und Abschalten der Sprühvorrichtungen erfolgt entsprechend. Da die Sprühvorrichtungen S1 bis S10 bereits eingeschaltet sind, wenn das Kopfende des zweiten Abschnittes diese erreicht, bleiben sie einfach fortlaufend eingeschaltet. Die erforderliche elfte Sprühvorrichtung SIl wird dann hinzugeschaltet, wenn das Kopfende des zweiten Abschnittes zum Zeitpunkt t₃ gerade ankommt Gemäß dem Durchlauf des Hinterendes des zweiten Abschnittes werden die Sprühvorrichtungen Sl bis SIl der Reihe nach ausgeschaltet (in Fig.6 nur teilweise dargestellt).

F i g. 6 bezieht sich auf ein etwa 36 m langes Band aus zwei Abschnitten. In der Praxis sind die Bänder jedoch viel länger. Folglich treten Schaltvorgänge nur dann auf, wenn 1.) die Sprühvorrichtungen zugeschaltet werden, um dem Kopfende des Bandes über den Rolltisch zu folgen, 2.) die Sprühvorrichtungen abgeschaltet werden, um dem Hinterende des Bandes über den Rolltisch zu folgen, und 3.) wenn die Sprühvorrichtungen zugeschaltet oder abgeschaltet werden, um Veränderungen in den Aufenthaltszeiten und/oder Temperaturen von in die Kühlzone eintretenden Zwischenabschnitten Rechnung zu tragen.

Die Zeiten, die die Kopf- und Hinterenden eines Abschnittes benötigen, um bestimmte Sprühvorrichtungen nach dem Austritt aus dem letzten Walzgerüst zu erreichen, werden aus dem zeitlich integrierten C'P'chwinHigWpitsnrnfil ermittelt, wie bereits in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben. Die Schaltbefehle für die Sprüheinrichtung werden gemäß diesen erforderlichen Zeiten und gemäß den bekannten Ansprechzeiten der Sprühventile erzeugt. Wenn beispielsweise das Kopfende eines Abschnittes X Sekunden benötigt, um von dem letzten Walzgerüst zu einer zum Sprühbild hinzuzuschaltenden Sprühvorrichtung zu laufen, und wenn die Sprühvorrichtung selbst Y Sekunden benötigt, um ihren Einschalt-Zustand zu erreichen, wird das Steuersignal für diese Sprühvorrichtung X— Y Sekunden nach dem Austritt des Kopfendes aus dem letzten Walzgerüst erzeugt.

Für den Ausschaltvorgang wird analog die Ausschaltzeit des Ventils berücksichtigt. ·

Die Steuerung arbeitet folgendermaßen (F ig. 1):

Die Zusammensetzung, die Eintrittsdicke, die Breite, die vorausbestimmte Enddicke und die Temperatur des Bandes werden dem Rechner 40 über den Hilfseingang

41 und das Pyrometer 42 eingegeben, bevor das Band in die Fertigstraße 22 eintritt. Unter Verwendung dieser Information und der gespeicherten Beziehungen ermittelt der Rechner 40 die untere Grundgeschwindigkeit Vi, die Beschleunigung, die maximale Geschwindigkeit K„u< und die Austrittsgeschwindigkeit K- aus dem letzten Walzgerüst.

Wenn das Band von dem Metallsensor 48 erfaßt wird, werden die Anzahlen Ni. und /VVder bei der unteren und der oberen Grundgeschwindigkeit erforderlichen Sprühvorrichtungen aus den gespeicherten Daten der in Verbindung mit Fig.4 bezeichneten Art ermittelt, wobei die Temperatur der Fertigstraße und die gewünschte Wickeitemperatur verwendet werden. Da das anfängliche Sprühbild teilweise eine Funktion der Fertigstraßentemperatur ist, aber berechnet werden muß, bevor das Band das Pyrometer 44 der Fertigstraße erreicht, wird die Bandtemperatur von dem Pyrometer

42 gemessen und auf der Basis bekannter thermischer Bedingungen über die Fertigstraße 22 hinweg im voraus berechnet, um eine vorausbestimmte Fertigstraßentemperatur zu ermitteln. Die gewünschte Wickeltemperatur kann vom Operateur über den Hilfseingang 41 eingegeben werden. Alternativ können diese Temperaturen auch im Rechner 40 als Funktion der Enddicke gespeichert sein. Die Festlegung des anfänglichen Sprühbildes wird erst freigegeben, wenn das Kopfende von dem Lastsensor 50 am Walzgerüst Fl in der Fertigstraße 22 erfaßt ist Dadurch werden Timingfehier infolge von unerwarteten Verzögerungen zwischen den Walzgeriisten .Rt und Fl vermieden.

Wenn das Kopfende des Bandes das Walzgerüst F5 erreicht, beginnt der Impulsgenerator 54 sowohl die Bandgeschwindigkeit als auch die vom Kopfende zurückgelegte Strecke zu erfassen. Die Berechnungen hinsichtlich des Sprühbildes und der Zeitsteuerung für den Rest des Bandes werden eingeleitet, wenn das Kopfende von dem Dickenmeßgerät 52 erfaßt wird. Wenn das Kopfende jedes nachfolgenden Abschnittes des Bandes durch den Impulsgenerator 54 der auf den voreingestellten Zähler arbeitet, als an dem Walzgerüst FS befindlich festgestellt wird, wird die Aufenthaltszeit dieses Abschnittes aus dem bestehenden Geschwindigkeitsprofil im voraus ermittelt. Es werden die Länge des Sprühbildes und die zeitliche Steuerung der Arbeitssignale für den Abschnitt am Walzgerüst F5 berechnet, und zwar auf der Basis des dann bestehenden Geschwindigkeitsprofils des Bandes.

Das Hinterende des Bandes wird an dem ersten Walzgerüst Fl der Fertigstraße 22 durch die Aufhebung der Walzkraft angezeigt, die von der Kraftmeßdose 50 festg -stellt wird; damit wird ein Abbremsen der Walzanlage eingeleitet, das zu einer Verlangsamung des Bandes auf eine sichere Auslaufgeschwindigkeit führt, wenn das Hinterende das letzte Walzgerüst F5 der Fertigstraße 22 erreicht. Zur gleichen Zeit werden auch endgültige Abschaltzeiten für die Sprühvorrichtungen berechnet, die für den letzten Bandabschnitt eingeschaltet waren. Wenn das Hintcrende des Bandes an dem Dickenmeßgerät 52 entlangläuft, kann der wahlweise vorgesehene Impulsgenerator 56 beginnen, die Bandgeschwindigkeit beim Lauf des hinteren Bandendes über den Rollgang 24 zu erfassen.

Die beschriebene Steuervorrichtung ist ihrer Art nach vorausschauend, d. h. die Sprühbildlängen und die zeitliche Steuerung der Schaltsignale werden zunächst als Funktionen der vorausbestimmten Geschwindigkeiten, der vorausbestimmten Temperaturen und der vorausbestimmten Beziehungen zwischen den Sprühbildern und ihren Wirkungen auf die Bandtemperatur im voraus festgelegt.

Zur Überprüfung der Leistungsfähigkeit des Systems und um die vorausbestimmte Näherung zu verbessern, sind durch die Pyrometer 44 und 46 adaptive Rückführungen vorgesehen. Wenn die von dem Pyrometer 44 am Walzgerüst F5 gemessene Temperatur von der vorausbestimmten konstanten Fertigstraßentemperatur abweicht, werden die Sprühbildlängen Nu und Ni., die bei der oberen und der unteren Grundgeschwindigkeit erforderlich sind, von Abschnitt zu Abschnitt neu berechnet. Damit wird, abhängig von der Größe und der Art der Abweichung der vorausbestimmten Temperatur von der gemessenen die Anzahl der Sprühvorrichtungen für jeden Abschnitt verändert

Anhand der Fig.7 und 8 wird im folgenden die Adaption näher erläutert F i g. 7 ist ähnlich wie F i g. 4 und zeigt die Fertigstraßentemperaturen und Wickeltemperaturen über der Zahl von Sprühvorrichtungen bei einer speziellen konstanten Geschwindigkeit. Wie bereits gezeigt wird die Zahl der Sprühvorrichtungen, die bei der konstanten Geschwindigkeit erforderlich ist, ermittelt, bevor das Band den Rollgang erreicht, indem 1.) eine erste Anzahl von Sprühvorrichtungen M, die durch den Schnittpunkt der gewünschten Wickeltemperatur Tc und einer Wickeltemperaturkurve 74 bestimmt wird, und 2.) eine zweite Anzahl von Sprühvorrichtungen Na festgelegt wird, die durch den Schnittpunkt der vorausbestimmten Fertigwalztemperatur 7} und einer

Fertigwalz-Temperaturkurve 76 bestimmt wird. Di. Anzahl der Sprühvorrichtungen ist gleich der Differenz zwischen Λ/4 und Ni. Wenn jedoch die gemessene Fertigwalztemperatur eines Bandabschnittes von der vorai'sbestimmten Fertigwalztemperatur Ti um einen Betrag ATi abweicht, wird die zusätzliche A.izanl von Sprühvorrichtungen AN, die hinzugefügt oder abgezogen werden muß, aus dem Schnittpunkt der gemessenen Fertigwalztemperatur (T/+ ATi) und der Fertigwalz-Temperaturkurve 76 bestimmt. Da die Form bzw. der Verlauf der Fertigwalz-Temperaturkurve, die für die eine Grundgeschwindigkeit gültig ist, wahrscheinlich nicht die gleiche sein wird wie der Verlauf für die andere Grundgeschwindigkeit, kann die Größe ΔΝ für die untere und die obere Grundgeschwindigkeit unterschiedlich sein.

Die Wirkung des von Abschnitt zu Abschnitt erfolgenden adaptiven Verfahrens auf die Berechnungen der Sprühbildlänge ist in Fig. 8 dargestellt. Hier stellt die Kurve 62 die ursprünglich berechnete Beziehung zwischen den Anzahlen der Sprühvorrichtungen und den Aufenthaltszeiten dar. Wenn die Fertigwalztemperatur, die für bestimmten Abschnitt gemessen wird die vorausbestimmte Temperatür überschreitet, so daß neue Werte für Ni und N/. für diesen Abschnitt wie oben beschrieben berechnet werden müssen, dann gilt nun die neue Kurve 64. Unter der Annahme, daß der bestimmte Abschnitt, für den die erneuten Berechnungen durchgeführt werden, eine Aufenthaltszeit i, aufweist, wird die Anzahl von Sprühvorrichtungen, die auf den Abschnitt gerichtet werden, von der Anzahl N.,, die auf der vorausbestimrntcn Fertigwalztemperatur (Kurve 62) beruht, auf eine Anzahl Nt, vergrößert, die sich aus der gemessenen Fertigwalztemperatur (Kurve 64) ergibt.

Die Arbeitsweise der Adaption wird dadurch vereinfacht, daß die Steigung der Fertigwaiz-Temperaturkurve 76 bei einer vorausbestimmten Temperatur T₁ vermerkt wird, wenn die ersten Berechnungen durchgeführt werden. Danach können die zusätzlichen Änderungen der Anzahl von Sprühvorrichtungen in Berücksichtigung von Temperaturveränderungen als Produkt der Temperaturabweichung und des Kehrwerts der Steigung berechnet werden. Bei einer ccrartigen Vereinfachung ist angenommen, daß die Fertigstraßen-Temperaturkurve 76 linear ist, was nicht der Fall ist. Für Temperaturabweichungen in der Größenordnung von etwa 55°C oder weniger ist die Kurve 76 jedoch ausreichend linear, um diese Vereinfachung ohne wesentlichen Fehler zu gestatten. Wenn allerdings die tatsächliche Temperaturabweichung 55° C überschreitet, kann die aufgezeichnete Abweichung während der adaptiven Berechnungen auf 55° C begrenzt werden.

Um die vorausbestimmte Näherung hinsichtlich der aufeinanderfolgenden Bänder zu verbessern, werden die Wickeltemperaturen bei der unteren und der oberen Grundgeschwindigkeit von einem Pyrometer 46 überwacht. Wenn eine bestimmte Abweichung zwischen der gewünschten Wickeltemperatur und der erfaßten Wickeltemperatur festgestellt wird, werden die gespeicherten Koordinaten der in Fig.4 gezeigten Kurve dadurch verändert daß die ursprüngliche Kurve für die Wickeltemperatur horizontal verschoben wird (F i g. 9). Falls die festgestellten Wickeltemperaturen die gewünschte Wickeltemperatur überschreiten, wird die Kurve nach links bis in eine neue Lage 70 verschoben, «.o daß die Sprühbildlänge bei der bestimmten Grundgeschwindigkeit, für die Fig.9 gültig ist, von Li auf Li

vergrößert wird. Falls umgekehrt die festgestellte Temperatur unter der gewünschten Wickeltemperatur liegt, wird die Kurve nach rechts bis in eine neue Lage 72 verschoben, wodurch die Sprühbildlänge von L₂ auf L_x verkürzt wird.

Eine andersartige Adaption betrifft die gemessene Temperatur der Fertigstraße und die Änderung der Bandgeschwindigkeit, sobald das Band vom Wickler erfaßt ist Es ist üblich die Walzgeschwindigkeit gemäß den gemessenen Fertigwalztemperaturen zu verstellen. Wenn sich die Bandtemperatur ändert wird die

Walzanlage beschleunigt um die Wärmeverluste herabzusetzen, oder zur Vergrößerung der Wärmeverluste verlangsamt um zu versuchen, eine konstante Fertigwalztemperatur aufrechtzuerhalten Die erforderliehe Geschwindigkeitsänderung, um eine konstante Temperatur für ein Band bestimmter Dicke aufrechtzuerhalten, wird aufgezeichnet Beim nächsten Mal, wenn ein Band dieser Dicke gewalzt wird, wird die neue Geschwindigkeitsänderung anstelle der alten verwendet

Hierzu D Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Steuerung einer Kühleinrichtung für bandförmiges Walzgut in einem Walzwerk mit einer Fertigstraße, einem Rollgang vorbestimmter Länge, Sprühvorrichtungen zum Kühlen des Bandes auf dem Rollgang, einem Wickler und Einrichtungen zum Erfassen der Eingangstemperatur und der Ausgangstempeatur des Bandes auf dem Rollgang und zum Erfassen der Bandgeschwindigkeit und der Banddicke, wobei die dadurch erhaltenen Werte einem Rechner zugeführt werden, der die Sprühvorrichtungen gemäß verschiedenen Betriebsbedingungen steuert,
dadurch gekennzeichnet, daß