DE2446009A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern der walzspalte bei kaltwalzwerken - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum steuern der walzspalte bei kaltwalzwerkenInfo
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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 fF + (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
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
Kf = 1· (r + m)nl . £ n2 exp ( f)
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2 bestimmt, wobei Kf 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, np 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 TEN 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 ( fm+ m ) nl -εη 2 . exp (
Fm = B1 T15n + ( 1 - B1 )
Tm = ß2 TEN + ( 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.
Kf = 1 (f + m )nl £ n2 exp ( & ) ' 4
509814/0 8.91
- 12 -
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,
TpM : 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
Tm=ß2TEN+(l-ß2)TEX .·..;. 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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- 15 -
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 hs (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
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 Tgx 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 = f2 (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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-17-
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-
5 09814/0891
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-
5098U/0891
_ 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-
B098U/0891
- 20 -
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 TENi für das zweite und die folgenden Gerüste gemäß
der nachfolgenden Gleichung 16 abgeschätzt werden kann:
wobei A = 2ö/<°Shi-l
5098H/0891 . - 21 -
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.
5098U/0 891
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
5098U/0891
- 23 -
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-
24A6009
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.
5098U/0891
Claims (1)
- 24A6009PATENTANSPRÜCHEf 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- 26 5098U/08912. 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 Kf (kg/mm ) eines zu walzenden Metallstreifens gemäß einer GleichungKf = 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 TpY (0K) gemäß einer Gleichungι -1bestimmt 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- 27 -5098U/0891Formänderungswiderstand Km gemäß den Gleichungen?EN + ( 1 *Λ > * EXm '-2 "EN r x A ^2 ' XEXn2.exp ( SL· Tm.bestimmt wird, in denen 1, m, n,, n^, & , TEN, Τβχ und cc die oben aufgeführten Bedeutungen haben, B1 den Verteilungskoeffizienten der Abnahme, ßp den Verteilungskoeffizienten der Temperatur, rm 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 Km in eine GleichungP = Z . K / R'. δ h . Q m ρbestimmt 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 M609.814/0-891. -28 "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 Gleichungbestimmt wird, daß die Gesamtabnahme des Streifens auf der Eintrittsseite ΓτρΜ durch eine GleichungrJ£N = * ~ Hbestimmt wird, daß die Gesamtabnahme des Streifens auf der Austrittsseite rt,v gemäß einer Gleichungbestimmt wird und daß die Pormungsgeschwindigkeit ζ gemäß einer Gleichung ■β = iPOgJf /T * (sec-l;- 29 509814/0891bestimmt 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 ΤΕχ gemäß einer Gleichung= f2 ( TEN *bestimmt wird, in der fo 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 Gleichung1ENi -1C+^ 1EXi -] " 1C^ 65098U/0891- 30 -bestimmt wird, wobeiA = 2 (f/ ρund 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 Cfden 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 und5098U/0891 - 31 -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)■"■'■- * " ■- 52 -50 9 8 U/ 0 891zur Einstellung des Rechners (1) auf die Walzanlagen-Konstanten (M,R).509814/0891
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