DE2446009A1

DE2446009A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern der walzspalte bei kaltwalzwerken

Info

Publication number: DE2446009A1
Application number: DE19742446009
Authority: DE
Inventors: Kunio Sekiguchi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1973-09-28
Filing date: 1974-09-26
Publication date: 1975-04-03
Also published as: JPS532414B2; BR7408064D0; ZA746015B; GB1487743A; AU498430B2; AU7355774A; JPS5059254A; DE2446009C2; CA1031442A; US3940598A

Description

A 20474 Pp/ib

26. September

Firma TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA, 72 Horikawa-Cho, Saiwai-Ku, Kawasaki-Shi, Kanagawa-Ken, Japan

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Walzspalte

bei Kaltwalzwerken

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Walzspalte bei Kaltwalzwerken, die zum Walzen von Stahlblech oder nicht eisenhaltigen Blechtafeln, wie beispielsweise Aluminium, bestimmt sind, um Erzeugnisse mit definierter Dicke zu erhalten.

Um den Walzspalt einer Walzanlage auf einen gewünschten Wert einzustellen, ist es notwendig, den V/alzdruck zu messen oder abzuschätzen. Der Walzdruck ist jedoch im allgemeinen nicht gleichmäßig auf die Länge des Berührungsbogens zwischen den Arbeitswalzen der Anlage und dem zu walzenden Streifen verteilt, der aufgrund der Veränderungen in dem Reibungskoeffizienten zwischen Arbeitswalzen und Streifen und der Veränderungen des Formänderungswiderstandes des Streifens gewalzt werden soll. Demgemäß ist es notwendig, die Verteilung des Walzdruckes genau

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zu berechnen, um diesen exakt bestimmen zu können. Die Verwendung einer solchen Berechnung als Modell zum Steuern einer Kaltwalzanlage mit einem elektronischen Rechner kompliziert die Berechnung und ist daher nicht durchführbar. Es ist daher allgemeine Praxis gewesen, den Walzdruck durch Anwendung der nachfolgenden Gleichung 1 zu bestimmen, die gewöhnlich angewendet wird, den Walzdruck einer Kaltanlage zu erhalten, bei der der Reibungskoeffizient und der Formänderungswiderstand als mittlere Festwerte ausgedrückt sind:

ρ = Z · KM s/R' · Ah · Qp

wobei ρ : die Walzdruckkraft pro Einheitsbreite in kg/mm, Z : der Kompensationskoeffizient für eine Spannung, Km: der sekundär^ mittlere Formänderungswiderstand in kg/mm ,

R¹: der Walzenradius in mm, nachdem die Walze durch eine Berührung mit dem zu walzenden Material etwas abgeplattet worden ist, Ah: die Menge einer Abnahme in mm, und Qp: die Funktion bezüglich der Walzkraft, bedeuten.

Obwohl es notwendig ist, den «. mittler-en Formänderungswiderstand Km zu bestimmen, so ist im Falle einer Kaltwalzung der Widerstand auf den Eintritts- und Austrittsseiten der Walzanlage verschieden, und zwar aufgrund

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der durch das Walzen hervorgerufenen Härtung des Materials. Aus diesem Grund ist es üblich, den mittleren totalen Abnahmewert f zu berechnen, der für die Bestimmung des mittleren Formänderungswiderstandes Km aus dem gesamten Abnahmemaß des Materials an den Eintritts- und Austrittszeiten unter der Annahme verwendet wird,,daß der Formänderungswiderstand des Materials eine Funktion der Gesamtabnahme ist (das Abnahmemaß wird in einem Augenblick nach der Verformung Null). Die Werte von Km und f können zu diesem Zeitpunkt durch die nachfolgenden Gleichungen. 2 und 3 ausgedrückt werden:

Km = 1,15 Kf (?) 2

= ß f_F + (1 - ß ) f 3

r =

dabei bedeuten Kf : den Formänderungswiderstand in kg/mm^, -

r : das mittlere, totale Abnahmemaß, f„ : das gesamte Abnahmemaß des Streifens auf

der Eintrittsseite, r : die Gesamtabnahme des Streifens an der Aus-

trittsseite,

ß, : den Verteilungskoeffizienten des Abnahmemaßes (dieser wird später im einzelnen im Zusammenhang mit den Verteilungskoeffizien-

ten der Temperatur erläutert).

Das Verformungsmaß des Streifens oder des Bandes während des Walzens ist jedoch in Abhängigkeit von den Walzbedingungen

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unterschiedlich. Außerdem nimmt der Formänderungswiderstand aufgrund der Wärme ab, die durch plastische Verformung des Materials erzeugt wird. Bei modernen Kaltwalzanlagen, die bei hohen Walzgeschwindigkeiten arbeiten, ist es unmöglich, die Effekte des Verformungsmaßes und der Streifentemperatur beim Formänderungswiderstand des Materials außer Acht zu lassen.

Für eine Qualitätsverbesserung des Erzeugnisses ist es daher von größter Wichtigkeit, den Formänderungswiderstand des Materials genau zu bestimmen, um dadurch eine exakte Steuerung der Einstellung des Walzspaltes zu erreichen. Dazu sollte der Formänderungswiderstand als Funktion des Gesamt-Abnahmemaßes, des Verformungsmaßes und der Streifentemperatur bestimmt werden.

Wenn der mittlere Formänderungswiderstand aufgrund der Annahme bestimmt wird, daß der Formänderungswiderstand eine Funktion des Gesamt-Abnahmemaßes, der Verformungsgeschwindigkeit und der Streifentemperatur ist, entsteht das Problem, wie das mittlere Gesamt-Abnahmemaß oder die Streifentemperatur festgestellt werden sollen.

Wie oben beschrieben worden ist, sind der Reibungsbeiwert zwischen den Walzen einer Kaltwalzanlage und dem Material, sowie der Formänderutigswiderstand unbekannte Faktoren, die in dem mathematischen Modell zum Einstellen des Walzspaltes der ■ Anlage enthalten sind, so daß die Genauigkeit und die Komple-

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xität des mathematischen Modells durch die Art der Behandlung dieser beiden Faktoren bestimmt werden.

daß
Wenn es auch möglich ist/ der Formänderungswiderstand

des Materials in einer Fabrik oder einem Laboratorium durch die Verwendung einer Spannungstestmaschine oder dergleichen verhältnismäßig .leicht bestimmt werden kann, so muß doch der Reibungskoeffizient ,bei Verwendung einer handelsüblichen Walzanlage bestimmt werden, für die die Erfindung auch anwendbar ist , wobei es eine Vielzahl von Materialarten gibt, wie beispielsweise Aluminium, und es ist dabei nicht nur schwierig, mit hoher Genauigkeit den Reibungsbeiwert für alle Materialarten zu bestimmen, sondern es ist dies auch mit einem großen Zeitaufwand verbunden. Aus diesem Grund ist es möglich, das Modell etwas einfacher zu bilden und seine Form durch Bestimmung eines korrekten Wertes des Formänderungswiderstandes für jedes Material zu vereinfachen und die Form des Modells einfacher zu gestalten.

Da die Rekristallisationstemperatur von Aluminium niedrig ist, ist es unzulässig, den Effekt einer Erniedrigung des Formänderungswiderstandes unberücksichtigt zu lassen, die durch den Temperaturanstieg beim Walzen hervorgerufen wird. Es wird oft Walzöl verwendet, um die Oberfläche des Walzgutes eben und glatt zu machen, so daß es notwendig ist, ein Öl mit einem niedrigen Siedepunkt zu verwenden, das daher bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur verdampft. Aus diesem Grund besteht die Gefahr, daß bei einem Temperaturanstieg des Materials, auf-

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grund des Walzvorganges ein Brand entsteht. Es ist dementsprechend notwendig, das Ausmaß des Temperaturanstieges des Materials beim Walzen zum Zwecke einer Rückwirkung auf den Formänderungswiderstand zu bestimmen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Steuern des Walzspaltes einer Kaltwalzanlage vorzusehen, bei dem der Formänderungswiderstand des zu walzenden Materials mit hoher Genauigkeit zum Einstellen des Anfangswertes des Walzspaltes mit großer Exaktheit bestimmt wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues Verfahren zum Steuern des Walzspaltes einer Kaltwalzanlage zu schaffen, bei dem die Temperatur des Streifens an der Austrittsseite aus der Streifentemperatur an der Eintrittsseite und dem Abnahmemaß vorausgesagt wird, um den Walzplan unter Begrenzung der Streifentemperatur an der Austrittsseite unter einen bestimmten Wert zu korrigieren.

Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, eine neue Steuervorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens vorzusehen.

Ein Merkmal der Erfindung liegt in einer Steuerung, bei der der mittlere Formänderungswiderstand eines zu walzenden Streifens genau bestimmt wird, um dadurch einen am meisten ge-

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eigneten Walzspalt im Zusammenhang mit dem Qualitätsunterschied des Materials und der Veränderung der Walzbedingungen vorzusehen.

Gemäß der Erfindung können diese und weitere Aufgaben durch ein Verfahren zum Steuern des Walzspaltes einer Kaltwalzanlage gelöst werden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Formänderungswiderstand des zu walzenden Materials entsprechend einer aus Abnahme, Verformungsgeschwindigkeit und Temperatur, sowie aus der Qualität des zu walzenden Streifens gebildeten Konstanten bestimmt wird, daß die Temperatur des Streifens auf der Austrittsseite der Anlage aus der Streifentemperatur am Eintritt unter Berücksichtigung der Abnahme und der Charakteristiken der Walzanlage bestimmt wird, daß der mittlere Formänderungswiderstand des Streifens aus dem Formänderungswiderstand und der Austrittsstreifen-Temperatur bestimmt wird, daß die Walzdruckkraft gemäß einer Gleichung zur Bestimmung des Walzendruckes unter Verwendung des mittleren Formänderungswiderstands berechnet wird, daß sodann der Walzspalt gemäß einer im.Nachfolgenden definierten Gleichung einer Messung bestimmt wird und daß der Walzspalt der Anlage gemäß den festgelegten Walzspalt gesteuert wird.

Im einzelnen wird der Formänderungswiderstand gemäß der Erfindung nach einer Gleichung

K_f = 1· (r + m)^nl . £ ⁿ² exp ( f)

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2 bestimmt, wobei K_f den Formänderungswiderstand in kg/mm , r die Gesamtabnahme, ζ die Verformungsgeschwindigkeit in see" , T die Streifentemperatur in ⁰K, 1 und m Konstanten, n-, einen von der Abnahme abhängigen Exponenten, n_p einen von der Verformungsgeschwindigkeit abhängigen Exponenten und c6 einen von der Temperatur in ⁰K abhängigen Exponenten darstellen.

Sodann wird die Streifentemperatur an der Austrittsseite der Anlage T™ in ⁰K gemäß ^eder nachfolgenden Gleichung

_ Φ 1

- ^ΤΕΝ ⁺

bestimmt, in der T_EN die Streifentemperatur an der Eintrittsseite in ⁰K, r die Abnahme, ρ die Dichte des Materials in " kg/mm , S die spezifische Wärme des Materials in K cal/kg ⁰C, J das Arbeitsäquivalent der Wärme in kg mm/K cal und Km den mittleren Formänderungswiderstand in kg/mm bedeuten.

Sodahn wird der mittlere Formänderungswiderstand gemäß den nachfolgenden Gleichungen

Km = 1,15-1 ( f_m+ m ) ⁿl -ε^η ₂ . exp (

Fm = B₁ T_15n + ( 1 - B₁ ) Tm = ß₂ T_EN + ( 1 - ß₂ )

bestimmt, in denen 1, m, n., n-, £, cc und ß die gleichen oben angeführten Bedeutungen haben, ß_? den Verteilungsko-

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effizienten der Temperatur und Tm den mittleren Wert der Streifentemperatur darstellen.

Anschließend wird der so bestimmte Wert des mittleren Formänderungswiderstandes Km in die nachfolgende Gleichung zur Bestimmung der Walzdruckkraft ρ

ρ = Z · Km \/ R' · ^h · Qp

eingesetzt, in der ρ die Walzdruckkraft in kg/mm pro Einheits breite, Z einen Spannungskorrekturfaktor, R' den Walzenradius in mm- der Walze nach einer gewissen Abplattung durch die Berührung mit dem Material,Ah die Menge der Abnahme und Qp die auf die Walzkraft bezogene Funktion bedeuten.

Zulebst wird der so bestimmte Wert von ρ (kg/mm) zur Bestimmung des Walzspaltes S in die nachfolgende Gleichung eingesetzt

^So ^h - ^M

in der h die Dicke des Streifens auf der Austrittsseite, b die Breite des- Streifens in mm und M eine Anlagenkonstante in kg/mm bedeuten.

Das Verfahren zum Steuern des Walzspaltes kann gemäß der Erfindung auch auf einem anderen Weg durchgeführ t werden, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Temperaturen des Strei-

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- ίο -

fens an den Austrittsseiten der entsprechenden Walzgerüste im Zusammenhang mit verschiedenen Parametern abgeschätzt wird, die die Anlagenkonstante, die Dicke des Streifens, die Temperatur des Streifens, etc. enthalten, daß die vorausgesagten Austrittsstreifen-Temperaturen auf festgelegte, zulässige Werte korrigiert werden, wenn diese Temperaturen von den festgelegten, zulässigen Werten abweichen, daß der Formänderungswiderstand gemäß der Abnahme, der Verformungsgeschwindigkeit, dem Verteilungskoeffizienten der Gesamtabnahme etc. eines jeden Walzgerüstes und das Ausmaß der Druckschrauben jedes Walzgerüstes gemäß dem mittleren Formänderungswiderstand gesteuert wird,

Gemäß der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Steuern des Walzspaltes einer Kaltwalzanlage vorgesehen, die aus einem Walzwerk mit einem Walzenpaar zum Walzen von Metallstreifen, einer Anstellvorrichtung zum Einstellen eines Spaltes zwischen den Walzen, einem Antriebsmotor für die Walzen und einer Geschwindigkeitssteuervorrichtung für den Motor besteht, einen Rechner aufweist> dessen Ausgang mit der Anstellvorrichtung und der Geschwindigkeitssteuervorrichtung verbunden ist, sowie Elemente zum Messen der Temperatur des Streifens, bevor dieser gewalzt wird, und zum Eingeben der gemessenen Temperatur in den Rechner, Elemente zum Programmieren des Rechners mit Konstanten und auf die Qualität des Streifens bezogene Funktionen, Elemente zur Eingabe eines vorher festgelegten Walzprogammes in den Rechner und Elemente zur Einstellung der Walzanlagen-Konstante in den Rechner besitzt.

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- ι ι -

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Gemäß der Erfindung wird der Walzspalt durch Verwendung Mcht feststellbarer Parameter und von Gleichungen mit einfachen Formen eingestellt, so daß es möglich ist, mittels eines einfachen Rechners den Walzspalt genau zu steuern.

Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm eines Beispieles des Verteilungskoeffizientere der Abnahme;

Fig. 2 ein Diagramm eines Beispiels des Verteilungskoeffizientens der Temperatur;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer ^usführungsform der Steuervorrichtung für den Walzspalt gemäß der Erfindung;

Fig.4a, ein zusammenhängendes Flußdiagramm, das die Be-4b, 4c, triebsweise des in Fig. 3 gezeigten Rechners erläutert.

Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung werden im Nachfolgenden'genau beschrieben.

Ein Beispiel einer Gleichung zum Berechnen des Formänderungswiderstandes des zu walzenden Materials als Funktion der Gesamtabnahme, der Verformungsgeschwindigkeit und der Streifentemperatur ist, wie oben beschrieben worden ist, durch die nachfolgende Gleichung 4 gegeben.

K_f = 1 (f + m )^nl £ ⁿ2 exp ( & ) ' 4

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2 Dabei bedeutet K„ : Formänderungswiderstand in kg/mm ,

f : Gesamtabnahme,

fe, : Verformungsgesehwindigkeit in see ,

T : die Streifentemperatur in ⁰K,

1 und m: Konstanten,

n, : den von der Abnahme abhängigen Exponenten,

n₂ : den von der Verformungsgesehwindigkeit abhängigen Exponenten,

et : den von der Temperatur in ⁰K abhängigen Exponenten.

In Gleichung 4 sind die durch die Qualität des zu walzenden Materials bestimmten Konstanten 1, m, n., n_? und et, und diese Variablen können leicht durch Verwendung einer Druckprüfmaschine, einer Spannungsprüfmaschine oder dergleichen bestimmt werden.

Im Falle einer sehr schnellen Verformung, wie sie bei Kaltwalzung vorliegt, da berücksichtigt werden kann, daß die Verformung unter einem adiabatischen Zustand durchgeführt wird, kann bezüglich der Streifentemperatur T angenommen werden, daß nahezu die gesamte Arbeit, das heißt die Energie in Wärme umgewandelt wird und&aß die Streifentemperatur um diese Wärme erhöht wird. Die nachfolgende Gleichung 5 zeigt ein Beispiel zum Berechnen der durch Abnahme erzeugten Wärme.

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1 - ? Km

dabei ist T„_x : die Streifentemperatur in ⁰K auf der Austrittsseite,

Tp_M : die Streifentemperatur in ⁰K auf der Eintrittsseite,

r : die Abnahme,

ρ : die Dichte des .zu walzenden Materials in kg/mm , S : die spezifische Wärme des Materials in K cal/kg°C, J : das Arbeitsäquivalent der Wärme in kg«mm/K cal,

2 Km : der mittlere Formänderungswiderstand in kg/mm .

Wenn auch der mittlere Formänderungswiderstand Km durch Substitution der Gleichungen 4 und 5 in die Gleichung 6 erhalten wird, wie später noch beschrieben wird, wird hier eine mittlere Abnahme fm und eine mittlere Streifentemperatur Tm verwendet, wobei diese Werte aus der mittleren Gesamtabnahme r™ und r™, auf der Eintritts- bzw. Austrittsseite und aus den Streifentemperaturen T._EN und Τ-ργ auf der Eintritts- bzw. Austrittsseite gemäß nachfolgender Gleichungen 7 und 8 berechnet werden können.

Km = I.15.I ( fm + m) ^nl -e ⁿ2 exp ( ^ ) 6

Tm

™= ViSN⁺ <-l-ßi > ^?EX .......... 7

T_m=ß₂T_EN+(l-ß₂)T_EX .·..;. 8

5098U/0891 . 14 -

dabei haben 1, m, η, , np,£.,c£und B₁ die gleichen Bedeutungen wie oben,und ßp stellt den Temperatur-Verteilungskoeffizienten dar.

Der Temperatur-Verteilungskoeffizient ß„ und der Abnahme-Verteilungskoeffizient ß, (siehe Gleichung 3) werden wie folgt erhalten. Zunächst werden Näherungswerte des Formänderungswiderstandes und der Streifentemperatur an entsprechenden Punkten des Streifens im Kontakt mit den Walzen bestimmt, und die Mittelwerte Km und Tm des Formänderungswiderstandes und der Streifentemperatur werden berechnet. Sodann werden ß, und ßp durch Einsetzen der Mittelwerte Km und fm in die Gleichungen 7 und 8 bestimmt.

Ein Beispiel der Werte des Verteilungskoeffizienten der Abnahme ß, ist in Fig. 1 gezeigt. Diese Werte sind für die Aluminiumlegierung JIS 5052 gewonnen worden. Die in Fig. 1 dargestellten Kurven zeigen deutlich, daß der Wert von ß, weitgehend in Abhängigkeit von den Walzbedingungen variiert. Demgemäß kann ß. als Funktion der Walzbedingungen ausgedrückt werden:

^ßl = ^fl

Fig. 2 zeigt das Verhältnis zwischen Abnahme r und dem Vertellungskoeffizienten der Temperatur-.ßp für das gleiche Aluminium (JIS 5052). Auf diese Weise kann der Verteilungskoeffi.-zient der Temperatur ß_? auch als Funktion der Walzbedingungen

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ausgedrückt werden. Aus Fig. 2 kann aber auch entnommen werden, daß, da die Veränderung von ßp in bezug auf die Veränderung in der Abnahme r sogar dann klein ist, wenn ß₂ als Konstante behandelt wird, der dabei hervorgerufene Fehler gering ist.

Es sei ein einfacher Fall betrachtet, bei dem ein Aluminiumstreifen auf einer Einständer-Walzanlage gewalzt wird; Wenn die Streifendicke auf der Eintrittsseite mit H (mm), die Streifendicke auf der Austrittsseite mit h_s (mm) und die Streifendicke bei einer Verformung von Null, das-heißt die Dicke des Rohlings mit H (mm) bezeichnet werden, können die Abnahmen r, ?_EN und r„„ folgendermaßen ausgedrückt werden:

?_WM = 1 -§- 11

EN H
ο

^EX - ^λ - H ¹² .

Wenn der Radius der Arbeitsrollen mit R (mm) und deren Umfangsgeschwindigkeit mit V (m/min) bezeichnet werden, dann kann die Verformungsgeschwindigkeit durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

e - ¹⁰?° ^v ,ΓΞΓ. JL·. , -1, . .

60 V R-H 2-r (see ) 13

5098.U/0891 - ^1β -

Die Temperatur des Eintrittsstreifens T™_T kann vor dem Walzen gemessen werden. Demnach können die unbekannten Daten Km, Tm und Tg_x in den Gleichungen 5* 6, 7 und 8 durch numerische Berechnungen bestimmt werden.

Anstelle der Gleichung 5 kann T„_v als Funktion bekann-

SZjA.

ter Werte ausgedrückt werden, wie dies durch die Gleichung H-gezeigt ist, und es ist möglich, die Theorie einer solchen Funktion zu bestimmen.

^TEX ^{= f}2 ^(TEN

Durch den oben beschriebenen Vorgang ist es möglich, den mittleren Formänderungswiderstand unabhängig von den Walzbedingungen oder der Qualität des zu walzenden Materials zu bestimmen. Die Walzdruckkraft ρ kann durch Einsetzen des Wertes des mittleren Formänderungswiderstandes in Gleichung 1 erhalten werden, und der so bestimmte Wert von ρ kann in die Gleichung 15 eingesetzt werden, die als Gleichung einer Eichmessung bekannt ist, um den Walzspalt S mit hoher Genauigkeit zu bekommen :

darin sind S : der eingestellte Wert des Walzspaltes in mm, b : die Breite des Streifens in mm, und M : die Anlagenkonstante in kg/mm.

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Das bei der Kaltwalziang von Aluminium verwendete WaIzöl verdampft bei niedriger Temperatur und wird zur Vermeidung von durch das auf der Oberfläche des Streifens verbleibenden Öls hervorgerufenen Konterminationen verwendet, so daß ein solches öl einen niedrigen Flammpunkt besitzt, womit eine Entzündungsgefahr gegeben ist. In dieser Hinsicht weist die Streifentemperatur einen der Paktoren auf, der das Walzprogramm festlegt. V/enn demgemäß die Streifentemperatur an der Austrittsseite, die nach den Gleichungen 4 oder 5 berechnet worden ist, höher, ist, als die zulässige Temperatur, ist es notwendig, die Walzgeschwindigkeit zu korrigieren, um damit die Austrittsstreifentemperatur unter die zulässige Temperatur zu erniedrigen. Wenn das infrage stehende Walzgerüst nicht dem letzten Walzgerüst entspricht, ist es möglich, die Streifendicke auf der Austrittsseite zu korrigieren.

In Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines Beispieles für eine Steuervorrichtung zum Steuern des Walzspaltes einer Kaltwalzanlage gemäß dem Verfahren der Erfindung dargestellt. Der Rechner 1 aus dieser Figur führt verschiedene Funktionen durch, wie die Verarbeitung von Eingangssignalen, Erstellung von Ausgangssignalen, Steuerungen und Speicherungen und ist danach ausgebildet, aufgrund der Eingangssignale eine geeignete Operation durchzuführen, das Ergebnis der Operation zu speichern, oder, wenn notwendig, ein Ausgangssignal zu erzeugen. Mit dem Rechner 1 ist eine Konstant-Eingabeeinrichtung 2, eine Tempera-

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turmeßvorrichtung 3* die mit einer Spule 4 des zu walzenden Materials in Verbindung steht, eine Walzprogramm-Eingabeeinrichtung 5 und eine Anlagenkonstante-Eingabeeinrichtung 6 verbunden. Eine Kaltwalzanlage 10 besitzt ein Paar Arbeitswalzen 10WR, ein Paar Überlagerungs-Walzen lOBR und eine Anstell-Einrichtung 9· Die Überlagerungs-Walzen lOBR werden von einem Gleichspannungsmotor 11 betrieben und dessen Geschwindigkeit wird von einem Geschwindigkeitsregler 12 gesteuert, der durch ein Befehlssignal aus dem Rechner 1 betrieben wird. Der Streifen, wird von einer Vorratsrolle 1OR abgegeben und nach dem Walzen durch die Anlage auf einer Ausnahmerolle IOC aufgewickelt.

Im allgemeinen wird die Berechnung der ursprünglichen Einstellung des Walzspaltes während der Walzung einer vorausgehenden Spule durchgeführt. So wird die Temperatur der als nächste zu walzenden Spule 4 durch eine geeignete Temperaturmeßvorrichtung 3 gemessen, und der gemessene Wert wird in den Rechner 1 gegeben. Außerdem werden in den Rechner 1 mittels einer Eingabevorrichtung 2 verschiedne Materialkonstanten 1, m, η,, n„ und cc eingegeben, welche durch die Qualität des zu walzenden Materials bestimmt sind, sowie Punktionen f, und f„ aus den Gleichungen 9 und 14. Das Walzprogramm, das die Streifendicke H zu der Zeit enthält, zu der die Verformung des Streifens gleich Null ist, das ferner die Eintrittsdicke des Streifens H, die beabsichtigte Austrittsdicke des Streifens h, die Walzgeschwindigkeit V und die Breite des Streifens b ent-

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_ 1 Q _

hält, wird durch die Walzprogramm-Eingabeeinrichtung 5 in den Rechner gegeben, und die Anlagen-Konstante M und der Walzenradius R wird durch die Anlagen-Konstante-Eingabeeinrichtung 6 in den Rechner 1 eingespeist. Sodann berechnet der Rechner den mittleren Formänderungswiderstand und die Austrittsstreifentemperatur gemäß den Gleichungen 4 und 5 und bestimmt den Walzspalt gemäß den Gleichungen 1, 2 und 15. Der vorher festgelegte Walzabstand ist an die Walzanlage 10 dadurch gegeben worden, daß die Anstellvorrichtung -9 gemäß dem berechneten Wert in Betrieb gesetzt worden ist. Wenn die Austrittsstreifentemperatur höher ist, als eine vorher bestimmte, zulässige Austrittsstreifentemperatur, wirkt der Rechner dahingehend, daß er ein Korrektursignal an den Geschwindigkeitsregler 12 schickt, um die Walzgeschwindigkeit V zu korrigieren (zu erniedrigen), um damit die Austrittsstreifentemperatur auf einen Wert unterhalb des zulässigen Wertes zurückkehren zu lassen. Zu dieser Zeit berechnet der Rechner erneut den mittleren Formänderungswiderstand, um Referenzwerte der Walzspalt-Einstellung und der Walzen-Umlaufgeschwindigkeit abzugeben, wodurch die vorausbestimmte Austrittsdicke des Streifens und die vorausbestimmte Temperatur des Streifens an der Austrittsseite gewährleistet ist. Entsprechend dieser Walzspalt-Einstellung arbeitet die Anstell-Einstellung 9 derart, daß der Walzspalt auf den korrigierten Wert eingestellt wird.

Da gemäß der Erfindung leicht feststellbare Parameter verwendet und durch einfache Gleichungen zum Zwecke einer Ein-

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stellung des Walzspaltes ausgedrückt werden, kann, wie oben beschrieben worden ist, nicht nur die Steuerung durch den Rechner vereinfacht werden, sondern seine Berechnung kann auch sehr genau durchgeführt werden.

Wenn die berechnete Streifentemperatur über einen vorher festgelegten Wert hinausgeht, kann die Walzen-Antriebsgeschwindigkeit und der Walzspalt derart korrigiert werden, daß die Streifenaustrittstemperatur nicht mehr über den vorher bestimmten Wert hinausgehen kann.

Gerade bei der Durchführung einer derartigen Geschwindigkeitssteuerung können demnach sowohl die Walzgeschwindigkeit als auch der Walzspalt automatisch eingestellt werden, so daß die Herstellung von Erzeugnissen einer definierten Qualität stets gewährleistet ist»

Neben den Walzen eines Aluminiumstreifens durch eine Single-Gerüst-Anlage kann die gleiche Steuerung auch für eine Tandemanlage vorgesehen werden, wobei die Streifeneintrittstemperatur T_ENi für das zweite und die folgenden Gerüste gemäß der nachfolgenden Gleichung 16 abgeschätzt werden kann:

wobei A = 2ö/<°Shi-l

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dabei ist i : irgendeines der zweiten und folgenden Gerüste, T : die Temperatur des für die Kühlung des Strei-

fens verwendeten Kühlmediums,

6 : der Wärmeübertragungskoeffizient des Kühlmediums, T : die Zeit.

Für ein besseres Verständnis der Betriebsweise des Rechners 1 ist in den Figuren 4a, 4b und 4c ein Fließdiagramm dargestellt. Wenn die Figuren 4a, 4b und 4c fortlaufend aneinandergehängt werden, ergeben sie das komplette Fließdiagramm. In diesem Diagramm sind zahlreiche Stufen zusammen mit dafür berechneten Gleichungen, sowie Parameter dargestellt, die in den Rechner eingeschrieben sind. Diese Gleichungen und Parameter entsprechen den oben beschriebenen, mit Ausnahme des Index i, der als Anzeige für die Gerüstnummer hinzugefügt ist. Die Bezeichnungen Ol bis 06 haben keine besondere Bedeutung, ausgenommen derjenigen, die im Nachfolgenden besonders erwähnt ist.

Zunächst wird ah die Stufe 101 ein Startsignal gegeben. Entsprechend zu diesem Startsignal werden Informationen bezüglich des zu walzenden Materials und des Walzprogrammes, wie beispielsweise H , H., hi, b und T.™_T1 in den Rechner an der

O 1 ÜJNi

Stufe 102 eingelesen. Sodann werden in den Rechner in die Stufe 103 mechanische Informationen bezüglich der Walzanlage, wie M. und' R. eingeschrieben. Sodann werden in der Stufe 104 die Konstanten bestimmt, die sich auf die Qualität des zu walzenden Materials beziehen, wie beispielsweise 1, m, n,, n„ und ct.

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Es ist offensichtlich, daß die von den Stufen 102, 103 und 104 durchgeführten Operationen den Einstelleinrichtungen 2, 5, 6 und der Temperaturmeßvorrichtung aus Fig. 3 entsprechen. In die Stufe 105 wird die Umfangsgeschwindigkeit Vn der Walzen des letzten Walzgerüstes übernommen. Begonnen mit dem ersten Walzgerüst wird die Walzen-Umfangsgeschwindigkeit Vi an 1. Gerüst in der Stufe 106 bestimmt und die Abnahme , die Gesamtabnahme an der Ein-trittsseite und die Gesamtabnahme an der Austrittsseite werden in der Stufe 107 berechnet. Sodann werden die Verformungsgeschwindigkeit und die Streifenaustrittetemperatur in den Stufen 108 bzw. 109 berechnet. Wenn die Gerüstzahl gleich 1 ist, gibt ein Diskriminator 110 ein Sprungsignal an einen zweiten Diskriminator 112, da an dem ersten Gerüst die Temperatur des zu walzenden Streifens durch die Temperaturmeßvorrichtung 3 gemessen worden ist. Wenn der Diskriminator 110 feststellt, daß das Gerüst nicht das erste Gerüst ist, das heißt, daß i^l ist, dann wird die Streifentemperatur der Eintrittsseite für das i. Gerüst in der Stufe 111 berechnet. Sodann stellt der zweite Diskriminator 112 fest, ob i größer oder gleich η ist. Wenn der Diskriminator 112 feststellt, daß i ^ η ist, (oder nein), liefert ein Schiebezähler 113 ein Vorrücksignal i = i + 1 an einen Bezygspunkt 02, um die Operationen der Stufen ΙΟβ bis 109 zu wiederholen, bis der Diskriminator 112 feststellt: i = η (oder ja) . Sodann stellt ein dritter Diskriminator 114 fest, ob die Streifentemperaturen der Austrittsseiten entsprechender Gerüste unter einem

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entsprechend zulässigen Wert sind oder nicht. Wenn dies nicht der Fall ist, korrigiert eine Stufe 115 die Umfangsgeschwindigkeit Vn,und es wird ein Signal an den Referenzpunkt Ol gegebenem die oben beschriebenen Vorgänge zu wiederholen, bis die Streifentemperaturen der Austrittsseiten entsprechender Gerüste auf Werte unterhalb der festgelegten Werte gebracht sind. Dann erzeugt der Diskriminator 114 ein JA-Signal, das bei i = von der Stufe 116 zu einem Referenzpunkt 106 läuft. Sodann werden an den Stufen 117 bis 122 Berechnungen gemäß der rechts neben, den Stufen aufgeführten Gleichungen in der Fig. 4c durchgeführt, womit die mittlere Streifentemperatur Tmi, der Verteilungskoeffizient der Abnahme ß., ., die mittlere Gesamtabnahme r ., der mittlere Formänderungswiderstand Kmi, die Walzdruckkraft Pi und der Walzspalt S . berechnet werden. Ein den Walzspalt darstellendes Signal, das in der Stufe 122 berechnet ist, wird an einen vierten Diskriminator 123 gegeben, der feststellt,

oder ob der berechnete Walzspalt für das n. Gerüst ist/nicht. V/enn das Ergebnis der Feststellung "JA" ist, dann hält der Rechner in seiner Tätigkeit inne und die Anstellvorrichtung-des i. Gerüstes wird gemäß dem berechneten Wert des Walzspaltes S . in Tätigkeit gesetzt. Wenn das Ergebnis der Feststellung "NEIN" ist, dann gibt ein Schiebezähler 124 ein· Vorrück-Signal i = i+1 an den Referenzpunkt Οβ, so daß die Berechnungen an den Stufen 117 bis 122 wiederholt werden, bis der Diskriminator 12j5 feststellt, daß i = n. .

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AH-

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Es muß betont werden, daß die Erfindung außer bei Aluminium auch für Kaltwalzungen anderer, nicht eisenhaltiger und eisenhaltiger Metalle angewendet werden kann.

Nach der vorangegangenen Beschreibung kann ein für unterschiedliche Qualitäten des zu walzenden Materials und für unterschiedliche Walzbedingungen geeigneter Walzspalt automatisch durch die Bestimmung des korrekten Wertes des mittleren Formänderungswiderstandes des Streifens eingestellt werden, so daß.Streifen mit definierten Abmessungen hergestellt werden können.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

f 1. J Verfahren zum Steuern des Walzspaltes einer Kaltwalzanlage einer Klasse, bei der die Walzdruckkraft zunächst abgeschätzt und der Walzspalt dann berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Formänderungswiderstand des zu walzenden Materials entsprechend einer aus Abnahme, Verformungsgeschwindigkeit und Temperatur, sowie aus der Qualität des zu walzenden Streifens gebildeten Konstanten bestimmt wird, daß die Temperatur des Streifens auf der Austrittsseite der Anlage aus der Streifentemperatur am Eintritt unter Berücksichtigung der Abnahme und der Charakteristiken der Walzanlage bestimmt wird, daß der mittlere Formänderungswiderstand des Streifens aus dem Formänderungswiderstand und der Streifentemperatur am Austritt bestimmt wird, daß die Walzdruckkraft gemäß einer Gleichung zur Bestimmung des Walzendruckes unter Verwendung des mittleren Formänderungswiderstandes berechnet wird, daß sodann der Walzspalt gemäß der oben definierten Gleichung einer Eichmessung bestimmt wird und daß der Walzspalt der Anlage gemäß dem so bestimmten Walzspalt gesteuert

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2. Verfahren zum Steuern des Walzspaltes einer Kaltwalzanlage einer Klasse, bei der die Walzdruckkraft zunächst abgesetzt und der Walzspalt dann berechnet wird, dadurch ge-

kennzeichnet, daß der Formänderungswiderstand K_f (kg/mm ) eines zu walzenden Metallstreifens gemäß einer Gleichung

K_f = 1 (F₊ m)ⁿl. β ⁿ2 exp (

bestimmt wird, wobei r die Gesamtabnahme, £ die Verformungsgeschwindigkeit (see ), T die Streifentemperatur ( K), 1 und m Konstanten, n.. einen von der Abnahme abhängigen Exponenten, n„ einen von der Verformungsgeschwindigkeit abhängigen Exponenten und a> einen von der Temperatur ( K) abhängigen Exponenten darstellen, daß die Streifentemperatur am Austritt Tp_Y (⁰K) gemäß einer Gleichung

ι -1

bestimmt wird, in der T_£N die Streifentemperatur am Eintritt, r die Abnahme, P die Dichte (kg/mnr ) des zu walzenden Materials, S die spezifische Wärme (K cal/kg ⁰C), J das Arbeitsäquivalent der Wärme (kg . mm/K cal), K den mittleren Formänderungswiderstand und 1 und m Konstanten bedeuten, daß der mittlere

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Formänderungswiderstand K_m gemäß den Gleichungen

^?EN ^{+ (} ¹ *Λ > * EX

m '-2 "EN ^{r x A} ^2 ' ^XEX

ⁿ2.exp ( SL· Tm.

bestimmt wird, in denen 1, m, n,, n^, & , T_EN, Τ_βχ und cc die oben aufgeführten Bedeutungen haben, B₁ den Verteilungskoeffizienten der Abnahme, ßp den Verteilungskoeffizienten der Temperatur, r_m die mittlere Gesamtabnahme _s T die mittlere Streifentemperatur (⁰K), r|_N die mittlere Abnahme des Streifens an der Eintrittsseite und rw die mittlere Abnahme des Streifens an der Austrittsseite bedeuten, daß die Walzdruckkraft ρ (kg/mm) durch Substitution des Wertes· von K_m in eine Gleichung

P = Z . K / R'. δ h . Q m ρ

bestimmt wird, in der Z einen Spannungskorrekturfaktor, R¹ den Walzenradius (mm) nach einer gewissen Abplattung durch die Berührung mit dem Streifen, Δ h die Menge der Abnahme und Qp die auf die Walzkraft bezogene Funktion bedeuten, daß der Walzspalt S (mm) durch Substitution des Viertes von ρ in eine Gleichung

■ c _ _h b . ρ ^so - ^h M

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bestimmt wird, in der h die Dicke des Streifens auf der Austrittsseite, b die Breite des Streifens und M eine Anlagenkonstante (kg/mm) bedeuten und daß der Walzspalt gemäß dem so bestimmten Wert S eingestellt wird.

^. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abnahme r gemäß einer Gleichung

bestimmt wird, daß die Gesamtabnahme des Streifens auf der Eintrittsseite Γτρ_Μ durch eine Gleichung

^rJ£N ⁼ * ~ H

bestimmt wird, daß die Gesamtabnahme des Streifens auf der Austrittsseite r_t,_v gemäß einer Gleichung

bestimmt wird und daß die Pormungsgeschwindigkeit ζ gemäß einer Gleichung ■

_{β =} iPOgJf /T * _(sec-l;

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bestimmt wird, wobei H die Dicke (mm) des Streifens auf der Eintrittsseite, H die Dicke (mm) des Streifens bei einer Verformung gleich Null (oder vor dem Walzen), R den Radius (mm) der Arbeitswalzen der Anlage und V die Umfangsgeschwindigkeit (m/min.) der Arbeitswalzen bedeuten.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifentemperatur an der Austrittsseite Τ_Εχ gemäß einer Gleichung

= ^f2 ( ^TEN *

bestimmt wird, in der f_o eine Konstante darstellt und ^rEN' ^{r un<}^ ^ ^^e Bedeutungen von oben haben.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Abweichen der Streifentemperatur an der Austrittsseite von einer festgelegten, zulässigen Temperatur die Walzgeschwindigkeit und das Maß der Abnahme korrigiert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Tandemwalzanlage die Streifentemperatur an der Austrittsseite gemäß einer Gleichung

¹ENi -¹C⁺^ ¹EXi -] " ¹C^ ⁶

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bestimmt wird, wobei

A = 2 (f/ ρ

und S und h die oben angeführten Bedeutungen haben, der Index i ein zweites oder eines der nachfolgenden Walzgerüste darstellt, T die Temperatur der Kühlung für den Streifen und Cf

den Koeffizienten der Wärmeübertragung des Kühlmittels bedeuten.

7· Verfahren zum Steuern der Walzspalte entsprechender Walzgerüste einer Tandem-Kaltwalzanlage der Klasse, bei der die Walzdruckkraft entsprechender Walzgerüste zunächst abgeschätzt und sodann die Walzspalte der entsprechenden Gerüste berechnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen des zu walzenden Streifens an den Austrittsseiten der entsprechenden Gerüste gemäß verschiedener Parameter berechnet werden, in denen die.Anlagenkonstante, die Dicke des Streifens, und die Temperatur des Streifens enthalten ist, daß die vorausgesagten Streifentemperaturen an der Austrittsseite auf festgelegte, zulässige Werte korrigiert werden, wenn die vorausgesagten Streifentemperaturen von den festgelegten,zulässigen Werten verschieden sind, da3 der Formänderungswiderstand gemäß der Abnahme der Verformungsgeschwindigkeit und

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dem Verteilungskoeffizienten der Gesamtabnähme jedes Walzgerüstes bestimmt wird und daß das Maß der Anstellvorrichtung jedes Gerüstes in Abhängigkeit zu dem Formänderungswiderstand gesteuert wird.

8. Vorrichtung zum Steuern des Walzspaltes einer Kaltwalzanlage, die aus einem Walzwerk mit einem Walzenpaar zum Walzen von Metallstreifen, einer Anstellvorrichtung zum Einstellen eines Spalts zwischen den Walzen, einem Antriebsmotor für die Walzen und einer Geschwindigkeitssteuervorrichtung für den Motor besteht, wobei die. Walzdruckkraft zunächst abgeschätzt, der Walzspalt berechnet und die Anstellvorrichtung gemäß dieser Berechnung eingestellt wird, gekennzeichnet durch einen Rechner (l), dessen Ausgang mit der Anstellvorrichtung (9) und der Geschwindigkeitssteuervorrichtung (12) verbunden ist, durch Kiemente (3) zum Messen der Temperatur des Streifens, bevor dieser gewalzt wird, und zum Eingeben der gemessenen Temperatur in den Rechner (l), durch Elemente (2) zum Programmieren des Rechners mit Konstanten (l,rn,n.. ,n₂, ^) und mit auf die Qualität des Streifens bezogenen Funktionen (f^fg), durch Elemente (5) zur Eingabe eines vorher festgelegten WaIzprogrammes (H ,H,h,V,b) in den Rechner und durch Elemente (6)

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zur Einstellung des Rechners (1) auf die Walzanlagen-Konstanten (M,R).

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