DE2156707A1

DE2156707A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern und Überwachen der Form von Metallbändern od. dgl. beim Kaltwalzvorgang

Info

Publication number: DE2156707A1
Application number: DE19712156707
Authority: DE
Inventors: Katsuyuki Kobe Matsumiya (Japan). P
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1970-12-22
Filing date: 1971-11-16
Publication date: 1972-07-13
Also published as: FR2118902A1; JPS499031B1; FR2118902B1; AU3558871A

Description

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Firma KOBE STEEL Ltd., 36-1, 1-chome, Wakinohama-Cho, Fukiai-ku, KOBE (JAPAN)

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern und Überwachen der Form von Metallbändern od. dgl. beim Kaltwalzvorgang

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen und Steuern der Form und insbesondere der Querschnittsfora von Metallbändern, Metallstreifen, Blechen Od₀ dgl. bein Kaltwalzen und insbesondere in einem Kaltwalzgerüst. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Wenn man Metallbänder od. dgl. im Kaltwalzverfahren auf ein· batimmte Dicke walzt, ist es im allgemeinen nicht nur sehr wünschenswert, diese Dicke innerhalb eine» vorbestimmten Toleranzbereiches so genau wie möglich zu erzielen, sondern es ist ebenso wünschenswert, die Dicke innerhalb dieses Toleranzbereiches auch konstant zu halten. Es wurden deshalb bereite zahlreiche Vor-

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schlage gemacht, um die Querschnittsform verschiedenster Metallbänder .od. dgl. zu überwachen und zu steuern.

Wenn ein Metallband od. dgl. zwischen einem Arbeitswalzenpaar gewalzt wird, entstellt eine diese Arbeitswalzen auseinanderdrückende Kraft, welche die Walzen im mittleren Bereich nach außen durchbiegt. Werden die Walzen entsprechend ballig ausgebildet, kann man Bänder od. dgl. mit gleichförmigem Querschnitt walzen. Um hierbei den Querschnitt des Walzgutes zu steuern, verwendet man grob gesprochen zwei verschiedene Verfahren. Das eine Verfahren besteht darin, die maximale Durchbiegung bzw. den Scheitel dieser Arbeitswalzen zu überwachen und zu steuern, um den Durchmesser der Arbeitswalzen in Richtung der Walzenkörper entsprechend der Durchbiegung derselben zu verändern, während das andere Verfah^en darin besteht, eine die Durchbiegung der Arbeitswalzeh bestimmende Kraft auf dieselben aufzubringen. Beim erstgenannten Verfahren besteht jedoch der Nachteil, daß die Größe der von den Walzkräften erzeugten Durchbiegungen der Arbeitswalzen von zahlreichen verschiedenen Bedingungen des Walzvorganges abhängt, wobei es unmöglich ist, die Form des Walzgutes genügend einfach und genau zu überwachen und zu steuern, um die Walzen den zahlreichen Walzbedingungen entsprechend vorzubereiten und für die zahlreichen Walzvorgänge auszuwechseln. Beim zweitgenannten Verfahren, das gegenüber dem erstgenannten Verfahren vorteilhafter ist, ist eine hydraulische Zylindervorrichtung vorgesehen, welche parallel zur Wirkungsrichtung der die Arbeüswalzen trennenden Kraft wirkt , um die Biegebelastung der Arbeitswalzen entsprechend den V/alzbedingungen ,d.h. der Walzkräfte zu

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verändern, wodurch der Querschnitt des Walzgutes gesteuert wird. Die Biegebelastung der Arbeitswalzen hängt jedoch von der Bedienungsperson und insbesondere deren Erfahrung beim Beobachten des Zustandes des gewalzten Metallbandes ab, so daß es. wünschenswert sein kann, mit einem Detektor oder Meßgerät die Biegebelastung der Arbeitswalzen zu bestimmen und die Zugbelastung des gewalzten Metallbandes in seitlicher Richtung zu messen, anstatt sich auf die Erfahrung und Beobachtungsgabe der Bedienungsperson zu verlassen, um aufgrund dieser Meßergebnisse die hydraulische Zylindervorrichtung zu betätigen, damit die Spannung im Walzgut gleichförmig wird.

Diese vorstehend erörterten Stellerverfahren überwachen und steuern nur die äußere Form des Walzgutes bzw. überwachen nur /genau die Form von im wesentlichen symmetrischen Metallbändern gegenüber dem über ihre Breite gesehen mittleren Teil derselben, sind also Verfahren, welche das beim Kaltwalzen entstehende Profil nicht berücksichtigen. Das bedeutet also, daß die vorstehend erwähnten Verfahren auf der Annahme basieren, daß die zum Kaltwalzen verwendeten Arbeitswalzen vollständig gleichförmig ausgebildet sixl bzw. daß sich über die Arbeitsbreite vollständig gleiche Bedingungen ergeben. Beim Kaltwalzen wird aber in der Praxis eine große Wärmemenge erzeugt, so daß sich über die Breite der Arbeitswalzen entsprechend der erzeugten Wärme ein Temperaturverlauf nach eine:¹ Kurve ergibt, wodurch an den^entsprechenden Teilen der Arbeitswalze den Walzenreibungswiderstand entsprechend verändert wird, so daß abnormal große Spannungen asymmetrisch zur Mitte des Walzgutes auftreten. Diese Spannungen oder asymmetrischen Belastungen können mit den vorstehend er-

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wähnten Verfahren nicht überwacht und gesteuert werden. Außerdem verändern sich diese Spannungen oder Belastungen mit der beim Kaltwalzen entwickelten Hitze und der Wärmeabfuhr von den Arbeitswalzen , was eine weitere Ungenauigkeit bei der Überwachung und Steuerung bewirkt und ein bisher ungelöstes Problem für die Überwachung und Steuerung des.Querschnitts von Kaltwalzgut darstellt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die vorstehend angegebenen Nachteile zu vermeiden und die Möglichkeit zu schaffen, den Querschnitt von Kaltwalzgut während des Kaltwalzvorganges in einfacher Weise derart zu überwachen und zu steuern, daß man Walzgut mit sehr genauer Gleichförmigkeit des Querschnitts dadurch erhält, daß man die Querschnittsform des Walzgutes über die Temperaturverteilung in den Arbeitswalzen steuert.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Form von Metallbändern oder sonstigem Walzgut beim Kaltwalzen dadurch zu überwachen und zu steuern, daß man die Temperatur der Arbeitswalzen über ihre Breite bzw. die Temperaturverteilung über die Arbeitswalzen mißt und eine entsprechend der festgestllten Temperaturverteilung gezielte Kühlung der Arbeitswalzen vornimmt, um deren Temperatur über die Breite derselben möglichst kontant zu halten* Auf diese Weise kann die Temperaturspitze der Arbeitswalzen und auch die Temperaturverteilung derselben und die durch die Walzwärme erzeugte:. Spannung im Walzgut überwacht und gesteuert werden, wodurch es möglich ist, Metallbänder oder ähnliches Walzgut derart kaltzuwalzen, daß das Walzgut bei besten Eigenschaften einen gleichförmigen Querschnitt erhält. _c

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Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung und den Ansprüchen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß arbeitenden und ausgestatteten Walzgerüstes schematisch dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Quarto-Walzwerkes,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Quartowalzwerk nach Linie II - II aus Fig. 1 und

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Walzwerkes bzw. Walzgerüstes, woraus zu erkennen ist, wie die erfindungsgemäße Steuerung und Überwachung durchgeführt wird.

Aus Fig. 1 und 2 der Zeichnung sind die Grundlagen der Überwachung und Steuerung der Querschnittsform von kaltgewalzten Metallbändern anhand eines Quartowalzwerkes bzw. Quartowalzgerüstes zu entnehmen. Dieses Quartowalzwerk oder Quartowalzgerüst arbeitet in bekannter und üblicher Weise, so daß Einzelheiten desselben zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen sind und dasselbe dementsprechend nur schematisch dargestellt ist«4

Das Quartowalzwerk besitzt eine obere und eine untere Arbeitswalze 1 , die drehbar in Lagerkäfigen 6 gelagert sind. Diese Lagerkäfige 6 sitzen verschiebbar in einem Walzgerüst 5. Jeder Arbeitswalze 1 ist eine Stützwalze zugeordnet, welche die entsprechende Arbeitswalze abstützt und die von einem nicht dargestellten Andruckmechanismus -6-

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erzeugte Walzkraft auf die betreffende Arbeitswalze überträgt. Neben den beiden Arbeitswalzen 1 befinden sich Thermometer 3, die aus einer Vielzahl von parallelen . thermoelektrischen Drähten oder Fühlern oder aus einer Vielzahl von parallelen Halbleiterelementen bestehen , welche in axialer Richtung über die Länge der Arbeitswalzen verteilt sind, um die Temperatur der Oberfläche der Arbeitswalzen zu messen. Gegenüber den Thermometern sind auf der anderen Seite der Arbeitswalzen 1 zahlreiche Düsen 4 angeordnet, um Kühlöl auf die Oberfläche der Arbeitswalzen 1 zu spritzen, wobei diese Düsen 4 ähnlich wie die Thermometerelemente über die Breite der Arbeitswalzen verteilt sind und jeder Düse 4 ein Thermometerelement zugeordnet ist.

Mit einer derartigen Vorrichtung kann die Form bzw. der Querschnitt von kaltgewalzten Metallbändern od.dgl. erfindungsgemäß folgendermaßen überwacht und gesteuert werden:

Wenn ein Metallband S kaltgewalzt wird, wird durch das Walzen Wärme erzeugt, die auf die Arbeitswalzen 1, welche mit dem Metallband S in Kontakt kommen, übertragen wird. Dabei entsteht eine Tem^peraturverteilung über die Breite der Arbeitswalzen 1. Da diese Temperatur bzw. Wärme nicht gesteuert, sondern natürlich erzeugt wird, ist die in den einzelnen Teilen des Metallbandes S enthaltene Wärmemenge nicht gleichförmig in axialer Richtung der Arbeitswalzen bzw. in Querrichtung des Metallbandes, und zwar wegen der Wärmeübertragung und Wärmeabfuhr der Arbeitswalzen, so daß der Walzreibungskoeffizient der entsprechenden Teile der Arbeitswalzen entsprechend verschieden wird und dadurch abnormale

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Spannungen im Metallband S entstehen. Erfindungsgemäß wird die Oberflächentemperatur der Arbeitswalzen 1 mit Hilfe der Thermometer 3 festgestellt und danach die von den Düsen 4 auf die Ar.beitswalzen 1 aufgespritzte Menge Kühlöl über die Länge der Arbeitswalzen und dementsprechend die Breite des Metallbandes S derart gesteuert, daß die Verteilung der Oberflächentemperaturen der Arbeitswalzen 1 zur axialen Mittellinie des Metallbandes S symmetrisch wird, d.h. daß zu beiden Seiten des Mittelpunktes der Arbeitswalzen ein gleichmäßiger Temperaturverlauf bzw. ein gleichmäßiges Temperaturgefälle bis zu den beiden Enden der Arbeitswalzen erzielt wird, so daß die auf die Arbeitswalzen ausgeübte Kühlwirkung derart ist, daß sich eine Temperaturkurve wie in Fig. 2a ergibt und die Durchbiegung der Arbeitswalzen 1 und damit die Querschnittsform des gewalzten Metallbandes S gesteuert werden kann.

Eine ins Einzelne gehende praktische Ausführungsform einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum automatischen Steuern der Querschnittsform von kaltgewalzten Metallbändern od. dgl. wird nunmehr anhand der schematischen Darstellung aus Fig. 3 erläutert.

In Fig. 3 ist nur eine der Arbeitswalzen 11 eines Walzwerkes oder Walzgerüstes angedeutet, wobei dieser Arbeitswalze 11 eine Vielzahl von Thermometern 12 bis 12_n zum Messen der Oberflächentemperatur der Arbeitswalze an einer Vielzahl von über die Länge der Arbeitswalze verteilten Stellen zugeordnet ist. Auf der anderen Seite der Arbeitswalze 11 ist eine Vielzahl von Düsen 13-j bis 13 angeordnet, um in gesteuerten und gezielten Mengen

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Kiihlöl auf die Oberfläche der Arbeitswalze 11 zu spritzen. Dabei ist jedem Thermometer 12 eine Düse 13 zugeordnet. Zur Steuerung der Zufuhr von Kiihlöl zu den Düsen 13-j bis 13 ist jeder dieser Düsen ein Steuerventil 14^ bis I4

zugeordnet. Diesen Steuerventilen wird das Kühlöl mit Hilfe einer Pumpe 15 zugeführt, wobei zwischen den Steuerventilen 14 und der Pumpe 15 ein Absperrventil 16 eingebaut ist.

Die von den Thermometern 12 entsprechend den gemessenen Tiemperaturen abgegebenen elektrischen Signale werden in einen Verstärker 17 eingegeben und von demselben verstärkt. Ein Regler 18 ist vorgesehen, um die richtige Verteilung der Oberflächentemperatur der Arbeitswalze 11 vorzugeben, während eine Vergleichsschaltung 19 diese Vorgabe mit den vom Verstärker 17 abgegebenen elektrischen Signalen vergleicht, d.h. die tatsächlich gemessene Temperaturverteilung mit der vom Regler 18 vorgegebenen gewünschten Temperatur-verteilung vergleicht. Die danach von der Vergleichsschaltung 19 abgegebenen elektrischen Signale werden in einen Umformer 20 eingespeist, um diese elektrischen Signale in weitere elektrische Signale umzuformen,welche zur Steuerung der Steuerventile 14,. bis 14 dienen, beispielsweise mit Hufe einer Druckluftsteuervorrichtung. Außerdem ist ein Anzeiger 21 vorgesehen, der die gemessenen Werte der Oberflächentemperatur der Arbeitswalze und die vorgegebenen gewünschten Werte anzeigt.

Im Betrieb dieser Vorrichtung wird vor Beginn des Kaltwalzens eine richtige Temperaturverteilung der Oberfläche der Arbeitswalzen mittels des Reglers 18 , der als Überwachungseinrichtung ausgebildet ist, eingestellt und

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die Öffnung der Steuerventile 14 wird dann entsprechend den vorgegebenen Werten so eingestellt, daß die jeweils gewünschte Kühlölmenge aus diesen Düsen ausgespritzt wird. Wenn der Kaltwalzvorgang beginnt, wird die Walzwärme so erzeugt, daß sich die Oberflächentemperatur der Arbeitswalzen fortschreitend erhöht. Nachdem die Temperatur erhöhung der Oberflächen der Arbeitswalzen von den Thermometern 12 festgestellt worden ist und die entsprechenden elektrischen Signale vom Verstärker 17 verstärkt worden sind, werden diese Signale in die Vergleichsschaltung 19 eingespeist und die gemessene Oberflächentemperatur der Arbeitswalzen mit den vorgegebene: Werten in der Vergleichsschaltung verglichen, so daß Abweichungen zwischen den gemessenen Werten und den vorgegebenen Werten als elektrische Signale in den Umformer 20 eingegeben werden. Der Umformer 20 formt die von der Vergleichsschaltung 19 abgegebenen elektrischen Signale in Signale um, welche eine Luftdrucksteuervorrichtung betätigen, mit denen die Steuerventile 14 entsprechend den tatsächlich gemessenen Werten mehr oder weniger stark geöffnet werden, um so die von den Düsen 13 abgespritzte Menge Kühlöl zu steuern und dadurch die auf die Arbeitswalzen ausgeübte Kühlwirkung zu regulieren und dementsprechend den durch die Walzwärme erzeugten Temperaturverlauf bzw. die dadurch entstehende Temperaturspitze der Arbeitswalzen zu steuern. Falls ein Element der autoamtischen Steuerschaltung beschädigt ist oder ausfällt, kann die Bedienungsperson die Steuerung der Steuerventile 14 auch entsprechend der Anzeige des Anzeigers 21 vornehmen.

Wenn beispielsweise eine Aluminiumfolie ge*alzt wird, stellt man den richtigen Verlauf der Oberflächentemperatur

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der Arbeitswalzen derart ein, daß die in der Mitte der Arbeitswalzen gemessene Oberflächentemperatur auf 6O⁰C einreguliert wird, während man die Oberflächentemperatur der Arbeitswalzen an deren Enden auf 57⁰C einreguliert und zwischen diesen Extrempunkten liegende weitere freigewählte Punkte auf der Oberfläche der Arbeitswalzen Temperaturen aufweisen, die auf einer parabolischen Kurve liegen, welche durch die an den Enden der Arbeitswalze und der Mitte derselben liegenden Temperaturen verläuft.

Außerdem ist es wünschenswert, den Temperaturverlauf in den Arbeitswalzen auf 5 bis 20% der mechanischen Durchbiegung der Arbeitswalzen einzuregulieren, d.h. die durch Temperatüreinwirkung erzielte Spannung wird auf 5 bis 2O?6 der durch mechanische Einwirkung erzielten Spannung bzw. Belastung gehalten.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind zahlreiche Abänderungen möglich. Beispielsweise kann man die Menge des zugefiihrten Kühlöles steuern, um Unterschiede der KühlwiAung zu erzielen, ebenso wie man die Temperatur des Kühlöles steuern kann.

Aus der vorstehenden Erläuterung geht hervor, daß gemäß der vorliegenden Erfindung die beim Kaltwalzen entstehende Wärme, die bisher bei der Steuerung unberücksichtigt blieb, zur Steuerung der Querschnittsform des Walzgutes verwendet wird, indem man Kühlöl gezielt auf die Arbeitswalzen zum Kühlen derselben aufspritzt, um dadurch die auf die Arbeitswalzen ausgeübte Kühlwirkung in axialer Richtung der Arbeitswalzen unterschiedlich zu gestalten und somit den Temperaturverlauf und die Wärmespitze der Arbeitswalzen und dementsprechend die Querschnitt

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form der gewalzten Metallbänder bzw. des Walzgutes zu steuern. Auf diese Weise ist es möglich, Walzgut mit innerhalb enger Toleranzen liegendem gleichbleibenden Querschnitt bei sehr hoher Steuergenaufigkeit kaltzuwalzen.

Patentansprüche t

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Claims

Patentansprüche:

Verfahren zum Steuern und Überwachen der Querschnittsform von Metallbändern od. dgl. beim Kaltwalzvorgang, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberflächentemperatur der mit dem Walzgut in Kontakt kommenden Arbeitswalzen an mehreren, beliebig über die Länge der Arbeitswalzen verteilten Stellen mißt und dabei festgestellte Unterschiede in der Kühlung benutzt, um die Kühlwirkung künstlich zu unterstützen und dadurch die Temperaturspitze und den Temperaturverlauf der Arbeitswalzen zu steuern.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwirkung so gesteuert wird, daß die Oberflächentemperatur der Arbeitswalzen über deren Länge symmetrisch von der Mitte ausgehend verteilt nach einer parabolischen Kurve verläuft.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturverlauf der Arbeits-

dfe walzen so gesteuert wird, daß/durch Temperatureinwirkung erzeugte Spannung auf einem Wert von 5 bis 2096 der durch mechanische Einwirkung entstandene Spannung oder Belastung gehalten wird.

4.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, daß die Unterschiede der Kühlwirkung

durch Steuerung der Zufuhr von KüHBl auf die Ober·* fläche der Arbeitswalzen erzielt werden.

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5.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterschiede der Kühlwirkung durch Steuerung der Temperatur des auf die Oberfläche der Arbeitswalzen aufgespritzten Kühlöles bewirkt werden.

6.) Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von Thermometern (3,12) nahe der Oberfläche der Arbeitswalzen (1,11) und an beliebigen Stellen über deren Länge verteilt aufweist, mit denen die Oberflächentemperatur der Arbeitswalzen gemessen wird , und daß auf der anderen Seite der Arbeitswalzen den Thermometern zugeordnete einzelne Düsen (4,13) zum gesteuerten Aufspritzen von Kühlöl auf die Arbitswalzen vorgesehen sind,-

7.) Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Düse (4,13) ein Regulierventil (14) zugeordnet ist, um die KüHölzufuhr zu den einzelnen Düsen zu steuern.

8.) Vorrichtung nach Anspruch 6, oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine gemeinsame Pumpe (15) für die Zufuhr des Kühlöls zu den Regulierventilen (14) aufweist.

9.) Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Regel- und Überwachungseinrichtung (18) zum Vorgeben einer bestimmten Temperaturverteilung der Oberflächentemperatur der Arbeitswalzen , eine Vergleichsschaltung (19) zum Vergleichen der gemessenen Werte der Oberflächentemperatur der Arbeitswalzen (1,11) und der vorgegebenen Temperatur-

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werte und einen Umformer (20) aufweist, um die von der Vergleichsschaltung ermittelten Werte in Steuersignale für eine Druckluftsteuervorrichtung od. dgl. zum Steuern der die Kühlmittelzufuhr steuernden Regulierventile (14) vorgesehen ist.

10.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 Ms 9» dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Anzeiger (21) aufweist, der sowohl die vorgegebenen Temperaturwerte als auch die gemessenen Temperaturwerte anzeigt, um danach gegebenenfalls eine Handsteuerung durchzuführen.

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