DE2413548A1

DE2413548A1 - Verfahren zur regelung der formhaltigkeit von walzgut und walzgeruest zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE2413548A1
Application number: DE2413548A
Authority: DE
Inventors: Norimasa Kamii; Ryoji Terakado; Choshiro Yamamoro
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1974-03-20
Filing date: 1974-03-21
Publication date: 1975-10-02
Also published as: US4023391A

Description

Dr. Werner Haftler

Patentanwalt Lüdenscheid, den 19. März 1974 - 7

588 LÜDEN SCH El D A 7445 '

Asenberg 30-Postfach 1704 2 4 1 3 5 A 8

Anmelderin: Firma Nippon Steel Corporation 6-3, Otemachi, 2-chome
Chiyoda-ku, Tokio / Japan

Verfahren zur Regelung der Formhaltigkeit von Walzgut und Walzgerüst zur Durchführung dieses Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Formhaltigkeit von Walzgut wie Platten, Bleche, Bänder beim Walzen. Außerdem betrifft die Erfindung ein Walzgerüst zur Durchführung dieses Verfahrens.

Das Verfahren nach der Erfindung ist auf die Regelung der Formhaltigkeit von Walzgut, insbesondere auf die Regelung der Ebenheit sowie der Querschnittskonstanz ausgerichtet.

Zur Regelung der Formhaltigkeit von Walzgut ist ein Verfahren bekannt, wonach das Spaltprofil zwischen der oberen und der unteren Arbeitswalze in Achsrichtung der Arbeitswalzen veränderbar ist, indem eine zwangsweise Verbiegung der Arbeitswalzen oder der Stützwalzen durch eine Öldruckeinrichtung oder in anderer Weise erfolgt. Neben diesen Verfahren unter Anwendung äußerer mechanischer Zusatzkräfte für die Walzen finden solche Verfahren praktische Anwendung, bei denen die Wärmeausdehnung der Walzen in Achsrichtung durch Änderung des Gleichgewichts zwischen der von den Walzen aufgenommenen und der durch die Walzen abgeleiteten Wärmemenge verändert wird, indem die Menge eines auf die Walzenoberfläche aufgesprühten Kühlmittels (Wasser, ölhaltige oder fetthaltige Emulsion) oder die Strömungsverteilung eines solchen Kühlmittels in Richtung der Walzenachse ge-

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ändert wird.

Beim Nachwalzen, wo kein Kühlmittel verwendet wird, wendet man zur Änderung der Form des Walzgutes ein Verfahren an, wonach die Wärmeausdehnung der Walzen in Achsrichtung durch Auswahl der Wärmekapazität derselben eingestellt wird und wonach eine große Anzahl von Gasbrennern, die auf die Oberfläche der Walzen in Achsrichtung derselben ausgerichtet sind jeweils entsprechend ein- und ausgeschaltet wird.

Da die Walzen der wichtigste Faktor für die Festigkeit des WaIzgerüsts und auch für die Genauigkeit des Walzgutes sind, haben sie einen großen Querschnitt. Wenn also äußere mechanische Zusatzkräfte auf die Walzen zur Einwirkung kommen, um die Form des Walzgutes zu kontrollieren, muß die auf die Walzen einwirkende Biegekraft stark genug sein, weil sonst kein wahrnehmbarer Effekt auftritt. Infolgedessen ist die erforderliche Einrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens umfangreich. Es ist sehr schwierig, ein vorhandenes Walzgerüst mit einer solchen umfangreichen Zusatzeinrichtung zur Regelung der Formhaltigkeit des Walzgutes auszurüsten.

Im Rahmen der genannten -Verfahren kann die jeweilige Auswirkung auf die Form des Walzgutes nur unter großen Schwierigkeiten theoretisch verfolgt werden, worin ein Nachteil dieser Verfahren zu sehen ist. Es ist selbstverständlich auf der Hand liegend, daß mit zunehmender Kühlmittelmenge für den Mittelteil der Walzen die Aufbaudimg im Mittelteil kleiner wird. Doch eine quantitative Bestimmung dieser Kontraktion der Aufbauiurg im Mittelbereich ist schwierig. Das Verfahren mit veränderlicher Belastung der Walzen kann zur Regelung der Formhaltigkeit in nur einem Walzgerüst wirksam sein;es beeinflußt jedoch die Arbeitsweise der anderen Walzgerüste, so daß bei der Anwendung dieses Verfahrens besondere Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden müssen. Die Querschnittsform des Walzgutes kann nach diesem Verfahren nur mit großen Schwierigkeiten beeinflußt werden. Die Biegevor-

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_ ¹Z _

richtung für die Walzen läßt sich allein aufgrund theoretischer Simulation kaum in zureichendem Maße einstellen, da Kopplungsfaktoren wie die Änderung des Regeleinflusses in Abhängigkeit von der Änderung der Walzenbelastung, die Änderung der axialen Verteilung der Walzenbelastung und die' Änderung der Verteilung der Walzkräfte zwischen den Arbeitswalzen und den Stützwalzen in axialer Richtung der Walzen"eine Rolle spielen.

Wegen der schwierigen Anwendung einer theoretischen Simulation zur Regelung der Formhaltigkeit von Walzgut beim Walzen, erfolgt die Regelung nicht nach theoretischen Gesichtspunkten, sondern nach dem Augenschein einer Bedienungsperson oder nach dem Ausgangesignal eines Nachweisgerätes für die äußere Form des Walzgutes. Zur Regelung der Querschnittsform einer Platte also der Dickenverteilung in Breitenrichtung wird nicht die Walzenbiegeeinrichtung mit einem kleinen Regeleffekt benutzt, sondern normalerweise die Einstellung der Kühlmittelzufuhr. Dabei ist die Anwendung einer theoretischen Simulation zur Bestimmung des Regeleffektes noch schwieriger. In einer Hochleistungswarmbandstraße sind die hergestellten Bänder manchmal im Mittelbereich konkav aufgrund einer unzureichenden Kühlung der Walzen, die durch ein Ungleichgewicht zwischen der Kühlung der Walzen und der Ausbringung bedingt ist. Infolgedessen ist es schwierig, die gewünschte Form des Walzgutes beim Kaltwalzen des jeweiligen Wickels zu erhalten, so daß die. Ausbringung der Warmbandstraße zurückerhalten werden muß, um den nachteiligen Einfluß der ungenügenden Kühlung zu kompensieren. Dieser Nachtei tritt dann auf, wenn die den Walzen zugeführte Wärmemenge zu groß ist, so daß sie mit dem Kühlmittel nicht abgeführt werden kann. Die Auswirkungen dieser thermischen Balligkeit der Walzen lassen sich nicht einfach beseitigen, so daß im Mittelbereich des Bandes ein konkaver Abschnitt entsteht.

Wenn man als Gegenmaßnahme eine Anfangsballigkeit der Walzen anwendet, so muß diese Anfangsballigkeit nach der jeweiligen Verwendung des Warmbandes festgelegt werden. Die Anfangsballigkeit

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läßt sich jedoch während des Walzbetriebs in keiner Weise beeinflussen.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur genauen Regelung der Formbeständigkeit des Walzgutes beim Walzen von Platten, Blechen, Bändern und dgl., indem die thermische Balligkeit der Walzen eingestellt wird.

In weiterer Zielsetzung der Erfindung soll die thermische Balligkeit der Walzen während des Walzbetriebes nachstellbar sein.

Diese Aufgabe wird nach der-Erfindung dadurch gelöst, daß jede Arbeitswalze während des Walzens unter Ausnutzung eines axialen Durchgangs erhitzt wird und daß die jeweils zugeführte Wärmemenge im Hinblick auf die gewünschte Größe der Balligkeit abgestimmt wird, wodurch die Form- des Walzgutes geregelt wird.

Im Rahmen der Erfindung ist durch Einspeisung einer kleinen Zusatzwärmemenge in die Walzen eine Nachstellung der thermischen Balligkeit während des Walzbetriebs möglich, so daß damit die Balligkeit schnell und zuverlässig geändert werden kann.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird ein Walzgerüst zur Durchführung des genannten Verfahrens einer solchen Ausbildung vorgeschlagen, daß jede Arbeitswalze einen axialen, zentralen Durchgang zur Aufnahme einer Wärmequelle besitzt.

Einzelbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert, in denen darstellen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt einer Arbeitswalze mit thermischer Einstellbarkeit der Balligkeit,

Fig. 2 eine Wärmequelle innerhalb einer geschnittenen Arbeitswalze,

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Fig	. 4	einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig.4,
■ Fig		einen vergrößerten Teilschnitt nach der Linie
	. 5	IV-IV in Fig.2,
Fig		eine schematische Ansicht der Wicklung des Heiz
	. 6	drahtes der Fig.4,
Fig	. 7	eine abgewandelte Wärmequelle im Schnitt,
Fig	. 8	einen Schnitt nach der Linie VII-VII in Fig.6,
Fig		eine schematische Darstellung der Wicklung des
	.9	Heizrohres der Fig.6,
Fig		eine schematische Darstellung der Temperaturver
	.10	teilung in einer Arbeitswalze herkömmlicher Art,
Fig		eine schematische Darstellung der Temperaturver
	.11	teilung in einer Arbeitswalze nach der Erfindung,
Fig		eine abgewandelte Ausführungsform von Arbeits
	.12	walzen im Schnitt,
Fig		eine schematische Darstellung des Walzprogramms
	.13	für eine Platte, eine ELatine, ein Band od.dgl.,
Fig	•	der Verlauf der thermischen Balligkeit, die sich
	.14	im Betrieb an den Arbeitswalzen ausbildet,
Fig		der Verlauf der thermischen Balligkeit bei der
	.15	Ausführung des Walzprogramms,
Fig		eine schematische Erläuterung der Balligkeit, die
	16	sich an dem Walzgut ausbildet,
Fig.		eine Kurve der Änderung der Größe der Balligkeit,
	17	die auf dem Walzgut ausgebildet wird,
Fig.		eine Darstellung der Änderung der Walzenballig
		keit bei Anwendung der Einstelleinrichtung nach
	18	der Erfindung,
Fig.		eine Arbeitskurve für eine Ausführungsform der
	19	Erfindung,
Fig.		ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Regelver
	20	fahrens nach der Erfindung,
Fig.		eine Darstellung der Arbeitsweise einer Ausführung
	21	der Erfindung,
Fig.		eine Anschlußeinrichtung für die elektrischen
	Heizkörper mit einer geschnittenen Arbeitswalze,

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Fig. 22 eine Darstellung einer Anschlußvorrichtung für für elektrischen Heizkörper mit geschnittener Arbeitswalze.

Damit die Walzen durch die festgelegte Menge der thermischen Energie möglichst wirkungsvoll aufgebaucht werden, empfiehlt sich eine Wärmezufuhr außerhalb des Mittelteils der Walzen. Diese Empfehlung ist darin begründet, daß im Vergleich zu einem zusätzlichen Druck auf einen dickwandigen Zylinder zwischen einem Zusatz innerhalb eines Mitteldurchgangs und einem Zusatz an der Außenfläche die gleiche Druckgröße eine größere Verformung der Umfangsfläche bei Druckzusatz in einem Mitteldurchgang gegenüber einem Druckzusatz auf der Außenfläche erzeugt. Nach dieser Theorie der Verformung eines dickwandigen Zylinders ist das Verhältnis der beiden Verformungsarten wie folgt: ■{(1- y)n²+(1+ V) J /2:1 mit V= 0,3 als Poisson'cher Shl und η als Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser r und dem Innendurchmesser r., also r /r.

Für r = 325mm und r.= 25mm ergibt das obige Verhältnis den Wert 85.

Im Rahmen der Erfindung wird die obige Theorie zur Regelung der Formbeständigkeit von Walzgut beim Walzen von Platten und dgl. derart angewandt, daß die dem Innendruck entsprechende Spannung innerhalb des zentralen Durchgangs längs der Mittelachse der Walze zugefügt wird, nämlich ein Druck durch die Wärmespannung aufgrund des Temperaturanstiegs in der Umgebung des Durchgangs, wobei sich diese Wärmespannung in axialer Richtung der Walze ändert, so daß sich auch die Größe der Balligkeit ändert.

Ein weiterer Vorteil der Aufheizung des Zylinders der Arbeitswalze von der Innenseite liegt darin, daß der Wärmestrom vom Mittelteil nur in einem kleineren Ausmaß in axialer Richtung gegenüber der radialen Richtung übertragen wird. Der größere Strom des Wärmeflusses fließt in radialer Richtung. Ferner ist das zur Aufheizung erforderliche Volumen so klein, daß ein

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lokaler Temperaturanstieg leicht verwirklicht werden kann. Im Gegensatz dazu "bewirkt eine Wärmezufuhr von der Außenfläche eine Verteilung des Wärmeflusses auf die axiale Richtung und die radiale Richtung, so daß auch Bereiche erhitzt werden, die nicht erhitzt werden sollen. Das für die Beheizung erforderliche Volumen ist so groß, daß die Erzeugung eines lokalen Temperaturanstiegs schwierig wird« Man würde zur Ausbildung eines großen Unterschiedes der lokalen Wärmedehnung in axialer Richtung eine große Wärmemenge benötigen, wodurch die Kühlwirkung der Walze beeinträchtigt wird.

Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Arbeitswalze im Rahmen der Erfindung. Innerhalb einer Arbeitswalze 1 ist ein axialer zentraler Durchgang 6 ausgebildet, in dem Heizkörper 2,2^!, 3 als elektrische Heizstäbe angeordnet sind. Eine Leitung 7 ist über eine Drehkupplung 4 mit einer äußeren Energiequelle für die Heizkörper verbunden. Ein nachgiebiges Koppelteil 5 hält die Leitung und die Drehkupplung 4, wodurch ein Anschluß an die elektrische Energiequelle verwirklicht wird. Die Heizkörper 2und 2^f sind in Reihe geschaltet, so daß gleichzeitig an beiden axialen Endteilen der Walze Strom eingespeist wird. Der Heizkörper 3 ist getrennt von den Heizkörpern 2 und 2' verbratet, damit eine bessere Regelwirkung möglich ist.

Ein derartiger Heizkörper ist in Einzelheiten in den Figuren 2 und 3 dargestellt. Sechs Heizstäbe 31 sind parallel zueinander und zu der Achse der Arbeitswalze 1 innerhalb des Durchgangs 6 angeordnet. Jeder Heizstab 31 umfaßt einen schraubenförmig gewickelten Draht 33 aus Chromnickelstahl, der durch ein Stahlrohr 35 aus nichtrostendem Stahl abgeschirmt ist. Dieses Stahlrohr 35 ist mit Magnesiumoxid 34 als elektrischer Isolator gefüllt. Die Steigung des Drahtes 33 in den Endabschnitten 33a und 33c ist kleiner als in dem Mittelabschnitt 33b. Diese Wicklung mit veränderlicher Steigung liefert eine Wärmeverteilung innerhalb der Arbeitswalze 1, die die gewünschte thermische Balligkeit ergibt.

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Geschichtete Glimmerringe 36 sind, an gegenüberliegenden Enden eines Heizelements befestigt, damit eine Berührung zwischen der Arbeitswalze 1 und dem Heizelement 32 ausgeschaltet ist. Jedes Heizelement 32 ist mithilfe von Muttern 39 an einer Anschlußscheibe 37 festgeschraubt, von deren Mitte ein Kontaktstab 38 abgeht. Dieser Kontaktstab ist mithilfe einer Klemmverbindung in einer Isolierscheibe 40 befestigt, die innerhalb der Arbeitswalze 1 gehalten ist. Dadurch werden die sechs Heizelemente elektrisch isoliert in dem zentralen Durchgang 6 der Arbeitswalze 1 gehalten.

Die elektrische Energiequelle ist mit einem nicht dargestellten Spannungsregler ausgestattet. Die Heizelemente können in eine größere Anzahl von Abschnitten unterteilt sein, damit die erzielten Ergebnisse verbessert werden.

Ein abgewandelter Heizkörper ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt Dieser Heizkörper 45 umfaßt ein spulenförmig gewickeltes Heizrohr 46, durch das vom Einlaß 47 zum Auslaß 48 ein auf hohe Temperatur erhitztes Öl strömt. Nach Fig.8 sind die Heizrohre 46a und 46b symmetrisch zueinander angeordnet. Die Steigung des Heizrohres 46 kann sich in Achsrichtung der Arbeitswalze 1 ebenso wie bei dem elektrischen Heizelement ändern. Der Durchgang 6 der Arbeitswalze 1 wird nach Einsetzen des Heizrohres durch ein wärmebeständiges Harz gefüllt. Man kann das Heizrohr 46 in dem Durchgang 6 auch mithilfe einer Klemmvorrichtung halten.

Anstelle von Öl kann man auch Dampf als Heizmittel einsetzen.

Fig. 9 zeigt schematisch die Temperaturverteilung innerhalb einer Arbeitswalze beim Warmwalzen von Platten und dgl. nach einem herkömmlichen Walzverfahren. Im Mittelteil des Walzenkörpers bewirkt die Wärme 9, die von der Oberfläche des Walzgutes 8 übertragen und durch die Walzreibung erzeugt wird einen Temperaturanstieg in diesem Mittelbereich. Anderersei ⁴^ steigt die Temperatur in den Endbereichen des Walzenkörpers aufgrund

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der von dem Mittelteil ausgehenden Wärmeströmung, wobei jedoch dieser Temperaturanstieg durch die Kühlung des Oberflächenbereiches kompensiert wird. Die Wärmeverteilung 11 der Oberflächen temperatur 10 der Walze ist in axialer Richtung parabelförmig. Aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen dem Mittelteil und dem Endteil der Walzen ergibt sich für den Mittelteil eine Aufbauchung, die als thermische Balligkeit bezeichnet wird. Dies ist die schwerwiegendste Störung beim Walzen hinsichtlich der Schwierigkeit einer Regelung. Die thermische Balligkeit steigt · mit der Menge des Walzgutes an, bis ein Wärmegleichgewicht in kontinuierlichem Betrieb unter gleichbleibenden Bedingungen erreicht ist. Außerdem ändert sich die Größe der thermischen Balligkeit entsprechend der Walzleistung, der Breite des Walzgutes und anderer Walzgrößen.

Fig.10 zeigt die Verteilung.12 der Walzentemperatur im Rahmen der Erfindung. Dabei wird Wärme im Durchgang der Walze zugeführt, insbesondere in den Endbereichen dieses Durchgangs. Diese Wärme wird durch elektrische Heizelemente 2 und 2' in den Endbereichen der Walze erzeugt. Wie man aus der Zeichnung entnimmt, tritt in den Endbereichen der Walze eine große Änderung der Wärmeverteilung 12 ein, so daß in der Nähe des Durchgangs eine große Wärmedehnung stattfindet, die zu einer Vergrößerung der äußeren Teile der Walze in radialer Richtung führt.

Im folgenden sind Einzelangaben für eine Ausführungsform der Erfindung zusammengestellt.

Walzgerüst: Durchmesser der Arbeitswalze: 640mm

Länge der Arbeitwalze: 1422mm

Durchmesser der Stützwalze: 1245mm

Länge der Stützwalze: 1372mm

Walzgut: Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, Breite 735mm, Eintrittsdicke 2,9mm,Austrittsdicke 2,3mm

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Walzgeschwindigkeit: 500 bis 59Om/min.

Ausbr ingung: 3 3 Ot/h

Walztemperatur: 900 bis 880⁰C

Kühlwasser für die Walzen:Temperatur: 27°C, Menge 35OnP/h

(gleichförmige Besprühung)

elektrischer Heizkörper: Durchmesser 30mm,Länge 400mm (2 Heizkörper jeweils von den Enden des Walzenkörpers über einen Abstand von 400mm )

Heizleistung: 3,OkW χ 2 (2 Heizkörper) Durchmesser des zentralen Durchgangs: 50mm Oberflächentemperatur des Durchgangs: 93,5°C (200mm vom Ende des

Walzenkörpers) Oberflächentemperatur der Walze: 65°C im Mittelbereich

37⁰C 20mm vom Walzenende Ergebnisse des Walzens :

Oberflächentemperatur der Walzen: kein Unterschied unmittelbar

nach dem Walzen, unabhängig davon, ob Heizleistung zugeführt wird. Form des Walzgutes :

Nach dem fünften Stich : Wellige Kante (Durchhängen an beiden

Enden)

- zeigt sich bei einem Walzgut, das durch Walzen mit gleicher Ausgangsqualität wie im herkömmlichen Walzverfahren gewalzt war, wenn Heizleistung zugeführt wird; das Walzgut ist eben, wenn keine Heizleistung zugeführt wird.

Beziehung zwischen der zugeführten Leistung und der Ausgangsballigkeit: Wenn keine Leistung eingespeist wird, ist das Walzgut bei einer Anfangsballigkeit von-0,10mm eben ( Balligkeit im Durchmesser der oberen und unteren Arbeitswalze); Wenn Leistung zugeführt wird, wird das Walzgut bei einer Anfangsballigkeit von +0,02mm eben.

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Die obigen Ergebnisse zeigen, daß es mit einer einfachen Einrichtung aus zwei elektrischen Heizelementen einer Heizleistung von 3k¥ in dem axialen Durchgang einer Walze möglich ist, die !Profilform der Walze ebenso wirksam zu regeln, wie wenn die Walze eine Anfangsballigkeit von 0,12mm hat. Damit ermöglicht die Erfindung eine Regelung der Formhaltigkeit beim Walzen von Platten und dgl. und zwar in einem wesentlich weiteren Bereich, indem die Anfangsballigkeit auf einen Mittelwert eingestellt und Heizleistung durch das zentrale elektrische Heizelement zugeführt wird. In einer jeden Arbeitswalze sind mehr als zwei Heizelemente mit unterschiedlicher Heizleistung vorgesehen, so daß man die Temperaturverteilung der Walzen zwecks Regelung · der thermischen Balligkeit einstellen kann.

Im folgenden wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben, die eine Vereinfachung der Heizkörper für die jeweiligen Walzen und eine Erhöhung der Walzleistung durch unterschiedliche Wärmeverteilungen zwischen der unteren und oberen Arbeitswalze bezweckt, die dem Walzgut gegenüberstehen. Die Wärmeenergie wird jeweils in einem zentralen Durchgang der entsprechenden Walzen eingespeist, damit der Walzbetrieb mit zwei Walzen erfaßt werden kann.

Nach Fig. 11 besitzt eine obere Arbeitswalze 13 innerhalb eines zentralen Durchgangs 6 einen Heizkörper 15 etwa in der Mitte der Arbeitsfläche der Walze, bezogen auf die Breitenrichtung des Walzgutes. Eine untere Arbeitswalze 14 besitzt zwei Heizkörper 16 und 16', deren Wärmeverteilung von der Wärmeverteilung des Heizkörpers 15 verschieden, ist. Der Einsatz von Heizkörpern mit unterschiedlicher Wärmeverteilung in der oberen und unteren Arbeitswalze läßt eine gleiche Wirkung erzielen, die durch Einsatz von Heizkörpern mit verschiedener Wärmeverteilung in ein und derselben Walze erzielbar ist.

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Nach der Erfindung hat jede Walze einen einzigen Heizkörper, so daß die Drehkupplung 4 für einen einpoligen Anschluß ausgebildet sein kann. Wenn elektrische Energie als Heizenergie benutzt wird wird die von einer elektrischen Energiequelle 18 stammende elektrische Energie in einem Heizmengenregler 19 aufgeteilt und über Leitungen 20 der oberen und der unteren Arbeitswalze zugeführt. Der elektrische Stromkreis geht von der Drehkupplung 4 über die Leitung 7, den Heizkörper 15 oder die Heizkörper 16 und 16', eine Kontaktstelle 17 und die Lager 21 zu dem Walzenständer der geerdet ist, so daß sich der Stromkreis schließt. Man kann jede elektrische Energiequelle verwenden, solange Spannung und Strom gesondert regelbar sind. Wenn man als Wärmequelle ein Strömungsmittel einsetzt, so muß dasselbe gesondert nach Durchflußmenge und Temperatur regelbar sein.

Bei Verwendung eines Strömungsmittels als Wärmequelle ist die der Kontaktstelle 17 entsprechende Abströmstelle offen, damit das Strömungsmittel abströmen kann.

Walzen mit unterschiedlicher Wärmeverteilung der in den einzelne^ Walzen angeordneten Wärmequellen sind ebenso wirksam wie Walzen, de.ren jede eine Wärmequelle mit veränderlicher Wärmeverteilung hat. Die Verwendung -von Walzen mit unterschiedlicher Wärmeverteilung ist jedoch im konstruktiven Aufbau einfacher als der zuletzt genannte Fall, wo für eine Walze mehrere Regelkreise erforderlich sind. Dies bringt für die Erfindung eine hohe wirtschaftliche Bedeutung. Die Regelung für die thermische Balligkeit wird nunmehr in Einzelheiten erläutert.

Sowohl beim Warmwalzen als auch beim Kaltwalzen ergibt sich beim Walzen von Platten und dgl. im Mittelteil des Walzenkörpers ein Temperaturanstieg, der von der Wärmeübertragung vonseiten des Walzgutes herrührt. Dieser Temperaturanstieg im Mittelbereich ist größer als der Temperaturanstieg an den Walzenenden, die durch den Walzvorgang nicht so stark beeinflußt sind. Die Größe dieses Temperaturanstiegs hängt von der Breite des Walzgutes,

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von der Ausbringung und anderen Größen ab. Die Größe dieses Temperaturanstiegs läßt sich aus der Konstruktion des Walzgerüsts und aus der Form des Walzgutes sowie der Ausbringung abschätzen. Die Änderung der Ausbildung der thermischen Balligkeit beim Walzvorgang kann unter Ansatz der genannten Walzbedingungen abgeschätzt werden, so daß sich die thermische Balligkeit, die in einem gegebenen Zeitpunkt für die Arbeitswalze erforderlich ist, geregelt werden kann. Dieses wird durch Überwachung der Querschnittsform des Walzgutes weiter unterstützt, wobei die übrigen Arbeitsbedingungen im Rahmen des Walzprogramms ebenfalls in Ansatz kommen.

Fig.12 zeigt ein Walzprogramm für eine übliche Arbeitsweise in einer Bandstraße. Zuerst wird eine kleine Partie eines Werkstoffes geringer Breite gewalzt; dann wird ein Werkstoff größerer Breite und sodann wieder ein Werkstoff geringerer Breite gewalzt Die Abmessungen des Walzgutes, ändern sich für jede Partie. Infolgedessen ändert sich bei der Abwicklung dieses Walzprogramms die Wärmezufuhr zu den Walzen so sehr, daß sich eine thermische Balligkeit ausbildet, so daß sich der Mittelteil einer Walze ausbaucht. Das Ausmaß dieser mittleren Ausbauchung hängt von der Größe, insbesondere der Breite des Walzgutes und der Ausbringung (t/h) ab. Ein Beispiel für die Bestimmung dieses Ausmaßes der Ausbauchung ist folgendes: Wenn ein Walzgut einer vorgegebenen Breite kontinuierlich mit einer bestimmten Ausbringung gewalzt wird, bildet sich an .den Walzen eine thermische Balligkeit nach der Kurve A in Fig.13 aus. Im' wirklichen Walzbetrieb werden jedoch nacheinander Materialien unterschiedlicher Breite gewalzt, so daß man nicht eine Kurve erhält, sondern eine unregelmäßige Folge von Kurvenabschnitten, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 14 angegeben. Diese Linienfolge ist in dem Bereich zwischen der Kurve B für Walzgut großer Breite und der Kurve C für Walzgut geringer Breite. Beim Walzen nach dem WaIzprogramm der Fig.12 bildet sich die thermische Balligkeit nach dem unregelmäßigen Linienzug der gestrichelten Linie D in Fig.14 aus. Infolgedessen neigt in den Anfangsstufen der Walzbehandlung

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das Walzgut zu einer Ausbauchung im Mittelteil, sodann stellt sich über die gesamte Breite eine gleichförmige Ebenheit ein.

Die Größe der Balligkeit einer gewalzten Platte bemißt sich nach Fig. 15 wie folgt:

to + t-5

Mit T als Größe der Balligkeit des Walzgutes,

t>| als Dicke des Mittelteils des Walzgutes in Breitenrichtuni und t₂ und t- jeweils die Diel© an beiden Enden.

Wenn beim Kaltwalzen beispielsweise ein Warmband als Walzband eingesetzt wird, muß die gewünschte Balligkeit der Kurve E in Fig.16 entsprechen. In der Praxis bildet sich jedoch die Balligkeit an dem Walzgut nach der Kurve F aus, wobei also ein großer Unterschied der Balligkeit zwischen dem Walzbeginn und dem Walzende vorhanden ist. Infolgedessen ist die Balligkeit des Walzgutes geringer Breite am Walzbeginn zu groß, jedoch für eine große Breite in der Endstufe zu klein. Dieses beruht auf der thermischen Balligkeit der Walzen, die nicht ausgeglichen werden kann, auch nicht durch Änderung der Anfangsballigkeit der Walzen

Zur Regelung dieser thermischen Balligkeit ist im Mittelbereich der Walzen in axialer Richtung ein Heizelement vorgesehen, damit die Menge der für diesen Zweck zugeführten Wärme eingestellt werden kann. Ein besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Vorhersage und die Einstellung der Wärmemenge, die von dem Heizelement in zentralem Durchgang der Walze zugeführt werden muß.

Das Heizelement im zentralen Durchgang der Walze soll in eine Anzahl von Abschnitte unterteilt sein, damit die Heizung im Mittelteil und an den Enden der Walze möglichst wirkungsvoll geregelt werden kann. Durch Regelung der Verteilung der Wärmeerzeugung also durch Regelung der Wärmeverteilung in Längsrichtung

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der ¥alze kann man auch die thermische Balligkeit regeln. Fig.17 zeigt die Beziehung zwischen der Wärmezufuhr für das Heizelement im "Mittelteil und in den Enden der Walze sowie der Ausbildung der Balligkeit. Wenn die Wärmezufuhr für das Heizelement zum Aufbauchen des Mittelteils gesteigert wird, steigt die mittlere" Aufbauchung der Walze an. Wenn die Wärmezufuhr für das Heizelement so herabgesetzt wird, daß die Wärmemenge für das Heizelemenzum Aufbauchen der Seiten der Walze ansteigt, nimmt die seitliche Aufbauchung der Walze zu, so daß damit die Zusammenziehung der mittleren Aufbauchung begünstigt wird. Die Regelung der Verteilung der durch das Heizelement erzeugten Wärme kann für eine Walze insgesamt oder jeweils gesondert erfolgen, je nach. der Arbeitsweise der beiden Walzen also der oberen und der unteren Arbeitswalze.

Nach der Erfindung erfolgt die Regelung der Balligkeit auf den Wert, der durch die Anfangsballigkeit vorgegeben ist, mindestens für die genannten Walzen und für das jeweilige Walzprogramm. Die Änderung der thermischen Balligkeit, die sich auf den Walzen während des Walzbetriebs ausbildet, wird mittels einer Vorwärtsregelung der Wärmezufuhr für das Heizelement und die Verteilung der Wärmeerzeugung geregelt, damit die Walzen vom Arbeitsbeginn an immer die gewünschte Balligkeit haben. Erforderlichenfalls wird die Größe der Balligkeit des Walzgutes gemessen, so daß die Vorwärtsregelung korrigiert werden kann.

Fig. 18 zeigt die jeweilige Größe der Wärmezufuhr für die Walze und die Verteilung der Wärmeerzeugung .durch das Heizelement für einen normalen Fall,wo die_ Kenngrößen der Änderung der Balligkeit gemäß Fig.17 ausgenutzt sind, so daß der Walzbetrieb durch Einstellung des Heizelements für die Aufbauchung des Mittelteils bestimmt wird, wenn man die Walze im Zustand eines aufgebauchten Mittelteils beläßt. Infolgedessen hat die Walze eine Balligkeit vom Walzbeginn an in gleicher Größe wie die thermische Balligkeit die sich im Betrieb ausbildet. Damit kann man Platten und dgl. mit Walzen verformen, die die gewünschte und entsprechend

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eingestellte Größe der Balligkeit haben.

Gleichzeitig mit dem Walzbeginn wird auf die Walze von dem Walzgut Wärme übertragen, wodurch die von dem Heizkörper für die Aufbauchung des Mittelteils zugeführte Wärme so lange ersetzt wird, bis dieser Heizkörper einige Zeit nach Walzbeginn stillgesetzt wird. Da die Wärmezufuhr von dem Walzgut kontinuierlich ansteigt, bleibt die Form der Aufbauchung des Mittelteils erhalten. Wenn jedoch die Breite des Walzgutes immer kleiner wird, entsprechend dem Arbeitsprogramm der Fig.12, wird der genannte Zustand der Walze weiter begünstigt. Damit dieser Zustand sich nicht in übermäßigem Ausmaß ausbildet, muß man die Heizkörper für die Aufbauchung der Seiten einschalten und zwar vor dem Walzbeginn. Dann wird die Änderung der Balligkeit durch die von dem Walzgut übertragene Wärme so vorgegeben, daß der Fortschritt des Walzprogramms einschließlich der Ausbringung die von dem Heizkörper abgegebene Wärmemenge bestimmt. Man kann so die gewünschte Größe der Balligkeit erhalten, die durch die gestrichel Linie E in Fig. 16 dargestellt wird.

Nach der Erfindung kann man die Größe der Balligkeit der Walzen während des gesamten Walzprogramms vom Beginn bis zum Ende oder bis zum Endbereich der Arbeitswalzen in Übereinstimmung mit dem Walzprogramm regeln.

Fig. 19 zeigt ein Blockschaltbild für eine Regelung im Rahmen der Erfindung. Für das Walzwerk sind die zu verarbeitenden Partien des Walzgutes durch die Auftragsbestände und Lagerbestände sowie die Produktionsplanung und auch die Ausbringung vor gegeben. Dieses wird bei der Aufstellung des Walzprogramms berücksichtigt, aus dem mit thermodynamischen Hilfsmitteln der Einfluß der Walzenballigkeit auf die Walzen bestimmt wird.Dann wird die Änderung der Balligkeit, die sich auf den Platten od.dg beim Walzen ausbildet, abgeleitet, indem man den Einfluß des Kühlungsmittels und anderer Mittel zur Steuerung der Balligkeit in Rechnung stellt. Die gewünschte Änderung der Balligkeit für

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das Walzgut, die bei der Änderung der Größe des Walzgutes auftritt und die tatsächliche Balligkeit, die sich auf dem Walzgut ausbildet, werden miteinander verglichen, worauf die Differenz in ein Ausgangssignal zur Regelung der Wärmezufuhr für den Heizkörper der jeweiligen Walze und die Verteilung der Wärmezufuhr umgewandelt wird.

Erforderlichenfalls wird der für die Balligkeit des Walzgutes abgeleitete Wert unter Berücksichtigung des jeweiligen Istwertes, der für die Balligkeit während des Walzens gemessen ist, korrigiert.

Im Rahmen einer Ausführungsform der Erfindung, arbeitet eine Fertigstraße mit sechs Tandemgerüsten für Warmband einer Breite von 1422mm folgendermaßen. Die Abmessungen der Walzgerüste sind folgende:

Durehmesser der Arbeitswalzen- 655 bis 596mm, Länge des Walzenkörpers: 1422mm,
Durchmesser d-er Stützwalzen: 1245 bis 1150mm, Länge der Walzenkörper: 1372mm.

Fig.11 zeigt eine obere Arbeitswalze 13 mit einem Durchgang von 40mm Durchmesser, der sich in axialer Richtung zentral innerhalb des Walzenkörpers erstreckt. In dem Durchgang der oberen Arbeits· walze ist im Mittelteil ein elektrischer Heizkörper 15 für eine Spannung von 200 V und eine Leistung von 5 kW eingebaut, dessen Heizteil 600mm lang ist. Die untere Arbeitswalze 14 hat einen Durchgang mit 40mm Durchmesser, der elektrische Heizkörper I6und 16' für eine Spannung von 100 V und eine Leistung von 2,5 kW enthält, deren Heizteil 300mm lang ist. Diese Heizkörper sind im Endbereich des jeweiligen Durchgangs jeweils hintereinander geschaltet, so daß die Gesamtleistung bei einer Spannung von 200 V 5kW beträgt. Diese Heizkörper sind an die elektrische Energiequellen 18 und 19 über entsprechende Speiseeinrichtungen angeschlossen.

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Die Anfangsballigkeit, die an den jeweiligen Walzen eines jeden Gerüstes gemessen wird, ist in der folgenden Tabelle angegeben.

Tabelle 1 Anfangsballigkeit der Walzen eines jeden Gerüsts der Fertigstraße

Gerüst Nr.	F1	F2	F3	F4	F5	F6
obere, untere Arb e it swa'l ζ en mm	-30 100	-30 100	-20 100	-15 100	-10 100	-5 100
obere, untere Stützwalzen mm	0	0	0	0	0	0

Das jeweilige Walzprogramm für dieses Beispiel ist in der Tabelle 2 angegeben. Aufgrund früherer Erfahrungen wird die Ausbringung im Mittel mit 357 t/h angesetzt. Unter diesen Arbeitsbedingungen werden die Wärmezufuhr für den elektrischen Heizkörper 15 der oberen Arbeitswalze und die elektrischen Heizkörper 15 und 16' der unteren Arbeitswalze sowie die Verteilung der Wärmezufuhr also das"Wärmemuster die in der folgenden Tabelle 3 angegebenen Werte für die Vorwärtsregelung angesetzt:

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Tabelle 2 Walzprogramm

Bearbeitungsfolge

Größe des

Walzgutes mittleres Wickelgewicht

2_o0 χ 935m: 12.5

Anzahl der Wälzst ücke

3o2 χ 1245 10

2.5 χ 1235 13.5

2.0 χ 1025 12.5

12

2.0 χ 935 12.5

30

2.0 χ 860 11.5

15

2.0. χ 785 9.8

25

2.0 χ 735 9.8

22

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Tabelle 3

Verteilung der Wärmezufuhr für die oberen und

unteren	Gerüst Nr.	F1	Arbeitswalzen	0 0	F3	0 0	F4	F5	F6
Arbeitsprogramm	200 0	F2	0 0	200 0	0 0	150 0	150 0	100 0
30 min. vor ur Walzenmontage Ir	0 0	200 0	0 50	0 0	0 0	0 0	0 0	0 0
10 min. vor ur Walzenmontage Ir	200 0	0 0	0 150	200 0	0 50	150 0	150 0	100 0
nach Abschluß ur der Walzenmon- Ir tage (Walzbeginn)	100 0	200 0	0 150	100 0	0 100	100 0	100 0	100 0
30 min. nach ur Walzenmontage Ir	50 0	100 0	50 0		50 0	50 0	50 0
60 min. nach ur Walzenmontage Ir	0 0	50 0 '	50 0	50 0	0 0
90 min. nach ur Walzenmontage Ir	0 0	50 0	50 0	0 0
120 min. nach ur Walzenmontage Ir	0 50	0 0	0 0	0 0
150 min. nach ur Walzenmontage Ir	0 150	0 0	0 0	0 0
180 min. nach ur ! Walzenmontage Ir	0 150	0 50	0 0	0 50
210 min. nach ur Walzenmontage Ir

Bemerkung: ur = obere Arbeitswalze
Ir = untere Arbeitswalze

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Fig. 20 zeigt die an dem Walzgut vorhandene Balligkeit jeweils 5m vom Ende des betreffenden Bandes, wobei die Anzahl der gewalzten Teile aufgetragen ist. Die Kurve G gibt die Balligkeit nach der Erfindung an. Die Änderung der Balligkeit in einem herkömmlichen Walzbetrieb liegt innerhalb des Bereiches zwischen den Kurven J und K. Dadurch wird bestätigt, daß im Rahmen der Erfindung eine gewalzte Platte eine Balligkeit hat, die der idealen Form sehr nahe kommt.

Im folgenden sind die Anschlüsse zwischen dem Stromkreis des Heizkörpers innerhalb der Walze und dem Stromkreis der elektrischen Energiequelle außerhalb der Walze angegeben. Fig. 21 zeigt eine elektrische Verbindung zwischen einem Rotorteil und einem Statorteil außerhalb des Walzenkörpers. Danach ist die Arbeitswalze 1 mit Drehkontakten 22,23 ausgestattet, die jeweils einen Schleifring oder andere Elemente haben. Jedoch arbeitet die Arbeitswalze 1 mit dem Innern angeordneten Stromkreis nicht immer unter guten Arbeitsbedingungen. In einer Warmbandstraße oder einer Kaltbandstraße wird eine große Menge Kühlmittel angewandt, so daß die Atmosphäre im Bereich der Walzen eine große Menge Feuchtigkeit in Tropfenform oder Nebelform enthält. Die Walzen erleiden starke Stöße von dem verarbeiteten Band. Dieses bedingt erschwerte Arbeitsbedingungen, so daß ein ausreichender Schutz der Drehkontakte schwierig ist. In Fig. 21 ist die Leitung 7, die innerhalb des Durchgangs 6 bis zur Stirnfläche der Arbeitswalze 1 geführt ist, mit dem Rotorteil 22 des Drehkontaktes verbunden. Dieser Rotorteil_v22 ist an der Arbeitswalze 1 befestigt und dreht sich zusammen mit derselben·. Anschließend an den Rotorteil 22 ist ein Statorteil 23 mit Kohlebürsten angeordnet," die die Leitung 7 im Innern der Arbeitswalze 1 elektrisch leitend mit der Leitung 20 des elektrischen Stromkreises außerhalb der Arbeitswalze 1 verbinden, wenn der Statorteil 23 an dem Rotorteil 22 Kontakt gibt. Ein Anschlaghebel 24 ist mit einem festen Gestellteil verbunden und verhindert eine Ausschwenkung des Statorteils 23 durch den Rotorteil 22. Diese Anordung dient in weitem Umfang für die

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elektrische Verbindung zwischen dem Stromkreis innerhalb des Drehkörpers mit dem Stromkreis außerhalb desselben und bedient sich herkömmlicher Mittel. Doch kann unter bestimmten Arbeitsbedingungen des Drehkörpers der Drehkontakt ungünstigen Einflüssen ausgesetzt sein.

Nach Fig.22 kann'im Rahmen einer abgewandelten Ausführungsform der Drehkontakt selbst an einem gestellfesten Teil 26 angeordnet sein, der gesondert von der Arbeitswalze 1 aufgestellt ist. Die Arbeitswalze 1 und der Rotorteil 22 des Drehkontakts sind über eine biegsame Welle 25 elektrisch und mechanisch miteinander gekoppelt, so daß die Drehbewegung auf den Rotorteil 22 übertragen wird. Der Hantel der biegsamen Welle 25 besteht aus einem elektrischen Isolator. Die biegsame Welle dient zur Übertragung der Drehbewegung und als Leiter für den elektrischeji Strom. Sie enthält einen Leiterdraht hoher Leitfähigkeit und Biegsamkeit wie Phosphorbronze. Die biegsame Welle 25 ist aus mehreren Lagen aufgebaut entsprechend der Leiterzahl des elektrischen Stromkreises. Diese Lagen sind jeweils durch eine Isolatorfolie od. dgl. elektrisch gegeneinander abgetrennt, so daß man eine gleiche Anzahl Leiter wie in dem elektrischen Stromkreis hat. An beiden Enden der biegsamen Welle 25 befinden sich Bajonettstecker 27 -und 28 mit einer der Anzahl der Leiter entsprechenden Anzahl von Kontaktstiften, die jeweils von dem zugehörigen Kopplungsteil getrennt werden können.

Im Rahmen der Erfindung ist ein Leiter des elektrischen Stromkreises unmittelbar an die Walze geführt und über das Walzgerüst geerdet, so daß die Anzahl der Leiter, die aus dem Ende der Walze durch den Drehkontakt'herausgeführt werden, für einen Zweileiterstromkreis einen Leiter ausmacht, so daß man die biegsame Welle 25 aus einem Einzelleiter hoher Leitfähigkeit ausbilden kann.

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Zum Walzenwechsel muß der Drehkontakt "bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform jedes Mal abgenommen werden, wenn nicht jede Walze mit einem Drehkontakt ausgestattet ist. Dieser Nachteil läßt sich im Rahmen der Erfindung ausschalten,, weil der Drehkontakt durch eine Steckkupplung an die Walze angeschlossen werden kann. Schwingungen und Verschiebungen des Drehkontaktes können sich im Rahmen der Erfindung nicht nachteilig auswirken.

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Claims

Patenten s ρ r ü c h e

1j Verfahren zur Regelung der Formhaltigkeit von Walzgut wie Platten, Bleche, Bänder beim Walzen dadurch gekennzeichnet, daß jede Arbeitswalze während des Walzens unter Ausnutzung eines axialen Durchgangs erhitzt wird und daß die jeweils zugeführte Wärmemenge im Hinblick auf die gewünschte Größe der Balligkeit abgestimmt wird, wodurch die Form des Walzgutes geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere und die untere Arbeitswalze unter Anwendung unterschiedlicher Wärmeverteilungen erwärmt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der jeweils zugeführten Wärmemenge mindestens unter Berücksichtigung der Anfangsballigkeit, der voraussichtlichen Änderung der Größe der Balligkeit während des Walzvorgangs und auch der Änderung der Verteilung der Balligkeit mit fortschreitendem Walzprogramm eingestellt und die Wärmezufuhr zu den Arbeitswalzen sowie die Verteilung der Wärmezufuhr so vorgegeben wird, daß durch entsprechende Regelung die Größe der Balligkeit der Arbeitswalzen vom Beginn des Walzens bis zu der letzten Bearbeitungsstufe gleichgehalten wird.
4. Walzgerüst zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Arbeitswalze (1) einen axialen, zentralen Durchgang zur Aufnahme einer Wärmequelle (2,3) besitzt.
5. Walzgerüst nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle mehr als zwei Einheiten mit unterschiedlich einstellbarer Wärmeabgabe umfaßt.
6. Walzgerüst nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequellen als elektrische Heizkörper ausgebildet sind

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7. Walzgerüst nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequellen der unteren und der oberen Arbeitswalze verschiedene Wärmemuster haben.
8. Walzgerüst nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung elektrischer Energie von einer Anschlußquelle zu den Heizkörpern eine nachgiebige Welle mit Leitungen hoher Leitfähigkeit und hoher Flexibilität und mit einer Drehkupplung vorgesehen ist.

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