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Walzung von Brammen in kontinuierlichen
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Warmband-Vorstraßen Kontinuierliche Warmband-Vorstraßen, in denen
Brammen von bspw, 200 bis 300 min Dicke bis auf 25 mm Dicke, insbesondere aber auf
40 bis 60 mm Dicke heruntergewalzt werden, arbeiten mit mehreren, bspw, sechs Einzelgerüsten.
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Da während des Walzvorgangs in Längsrichtung der Brammen keine Druckspannunger.
auftreten durfena die ein Stauchen des Materials und damit ein seitliches Auslaufen
oder Ausbiegen des Walzgutes zur Folge haben, aber auch Zugspannungen vermieden
werden müssen1 die zu unkontrollierten Verformungen oder gar zum Reißen des Walzgutes
führen könnten, werden die Abstände zwischen den Einzelgerüsten Jeweils so gewählt,
daß keine Bramme -gleichzeitig in zwei Gerüsten gewalzt wird.
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Bedingt durch diese Arbeitsweise der Warmband-Vorstraßen müssen die
Abstände zwischen den Einzelgerüsten vom ersten bis zum letzten Gerüst stufenweise
immer größer gehalten werden und können dabei bis zu 70 m betragen.
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Für solche kontinuierlich arbeitenden Warmband-Vorstraßen wird daher
nicht nur eine Walzhalle großer Länge benötigt, sondern der Anlagenaufwand wird
auch noch dadurch ungünstig beeinflußt, daß für die Verbindung zwischen den einzelnen
Gerüsten jeweils entsprechend lange Rollgänge eingebaut werden müssen.
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Da die Investitionen für solche Warmband-Vorstraßen und für Warmband-Walzwerke
insgesamt sehr beträchtlich sind,
besteht das Bedürfnis, den baulichen
Aufwand der gesamten Waizwerksanlage> d. h. also fur die Walzhafle, tUr die Fundamente
und für die Walzenstraße weitestgehend zu vermindern.
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Zur Erreichung dieses Zieles ist schon der Vorschlag gemacht worden,
die beiden letzten WalzgerWste einer sechsgerüstigen Warmband-Vorstraße dicht hintereinander
anzuordnen und dadurch den längsten RollganW sowie den entsprechenden Teil des Pundamentes
und der Walzhalle einzusparen In der Praxis wurde jedoch das vorletzte Gerüst nicht
eingebaut, so daß diese Warmband-Vorstraße tatsächlich in üblicher Weise, aber nur
mit fünf Einzelgerüsten betrieben wird.
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Von dem vorgesehenen gleichzeitigen Walzen der Brammen in den beiden
letzten Gerüsten dieser Warmband-Vorstraße wurde also praktisch kein Gebrauch gemacht,
offenbar weil auch hier eine Beeinträchtigung der Walzqualität des Vorbandes durch
das Auftreten von Druck- und/oder Zugspannungen befürchtet wurde.
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Die Erfindung setzt sich über die bezüglich des Walzens von Brammen
in Warmband-Vorstraßen bestehenden Vorurteile hinweg und sieht gleichzeitiges Walzen
von Brammen in mehreren, vorzugsweise ohne Zwischenrollgänge, eng gestaffelten Walzgerüsten
von kontinuierlichen Warmband-Vorstraßen durch Betrieb der Walzgerüste mit Minimalzugregelung
vor.
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Hierdurch läßt sich die Warmband-Vorstraße als Kompaktanlage geringer
Länge erstellen, innerhalb welcher sämtliche Walzgerüste gleichen Abstand von bspw.
5 bis 6 m voneinander erhalten. Der Anlagenaufwand und insbesondere der Platzbedarf
für eine Warmband-Vorstraße wird damit auf einen Bruchteil des bisher Ublichen vermindert,
ohne daß eine Beeinträchtigung der Walzqualität eintritt. Vielmehr ergibt sich sogar
eine Verbesserung der Walzqualität.
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Natürlich setzt der Betrieb der Walzgerüste einer Warmband-Vorstraße
mit der von kontinuierlichen Profil- und Stabstahlstraßen her bekannten Minimalzugregelung
voraus, daß anstelle der für den Antrieb der Walzgerüste einer Warmband-Vorstraße
benutzten Drehstrom-Synchronmotoren Gleichstrommotoren verwendet werden, weil deren
Ankerstrom als eine Regelgröße für die Minimalzugregelung benutzt wird.
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Für den Walzprozeß wird die Minimalzugregelung erfindungsgemäß so
eingestellt, daß zwischen den Gerüsten Zugspannungen im Walzgut erzeugt werden,
die zwischen 0,2 und 0,5 kg/mm² liegen und dabei das Zugmoment am Walzgut unterhalb
von 10 % (2 bis 5 N/mm2) des zum Verformen im Walzspalt benutzten Walzmomentes bleibt.
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Während bei kontinuierlichen Profil- und Stabstahlstraßen die Minimalzugregelung
diejenigen Aufgaben übernimmt, welche in Breitband-Fertigstraßen und Drahtstraßen
von den Schlingenhebern oder Schlingenmeßeinrichtungen erfüllt werden, gelangt erfindungsgemäß
die Minimalzugregelung in Warmband-Vorstraßen zum Einsatz, um den Aufbau einer -
bisher nicht für realisierbar gehaltenen - Kompaktanlage zu ermöglichen, die neben
der Einsparung der Rollgänge auch einen beträchtlich kürzere Baulänge der Walzhalle
und der Fundamente zur Folge hat.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung nunmehr im einzelnen beschrieben
werden. Es zeigt Figur 1 in schematisch vereinfachter Seitenansicht eine Warmband-Vorstraße
mit sechs dicht hintereinander stehenden Walzgerüsten und diesen zugeordneter Minimalzugregelung,
Fig. 2.1 - 2.7 ein vereinfachtes Regelschema für die Minimalzugregelung an der in
Fig. 1 dargestellten Warmband-
Vorstraße, das nach dem Prinzip der
Vorwärtsregelung arbeitet, Fig. 3.1 - 3.? ein ausführlicheres Regel schema der Minimalzugregelung
während der Anstich- und Durchlaufphase des Walzgutes und Fig. 4.1 - 4.7 das ausführliche
Regelschema der Minimalzugregelung während der Auslaufphase des Walzgutes.
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Die in Fig. 1 der Zeichnung dargestellte Warmband-Vorstraße 10 besteht
bspw. aus sechs mit relativ geringem Abstand, bspw.
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von jeweils 5 bis 6 m hintereinander aufgestellten Walzgerüsten 1,
2 ... 6, die, vorzugsweise ohne Zwischenrollgänge, als kompakte Vorstraße aufgebaut
sind.
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Bedingt durch cie relativ kurzen, gleichmäßigen Abstände zwischen
den Gerüsten 1, 2 ... 6 findet nach dem Anstich jeder Bramme 7 eine gleichzeitige
Walzung derselben in mehreren aufeinanderfolgenden Gerüsten 1, 2 ... 6 statt, d.
h., von den jeweils getrennt über Gleichstrommotoren 11, 12 16 angetriebenen Walzgerüsten
1, 2 ... 6 sind mindestens zeitweilig mehrere, möglicherweise sogar alle, durch
die Bramme 7 miteinander gekuppelt.
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Da durch die Walzstiche in jedem der Gerüste 1, 2 ... 6 eine Querschnittsverminderung
an der Bramme 7 stattfindet, ohne daß sich das Brammenvolumen ändert, erhöht sich
die Austrittsgeschwindigkeit der Bramme aus jedem der Walzgerüste 1, 2 6 um einen
Faktor, der einerseits von der jeweiligen Stichabnahme AE:AA und andererseits von
der Verbreiterung des Walzgutes abhängig ist. Im Walzspalt jedes Walzgerüstes 1,
2 ... 6 stimmt aber die Materialgeschwindigkeit nur an der sogenannten Fließscheide
mit der Umfangsgeschwindigkeit der Walzen überein, während die Geschwindigkeit VE
des in den Walzspalt eintretenden Materials um den sogenannten Rückstau und die
Geschwindigkeit VA des aus dem Walzspalt austretenden
Materials
um die sogenannte Voreilung von der Umfangsgeschwindigkeit der Walzen abweicht.
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Bei der gleichzeitigen Walzung einer Bramme 7 in mehreren aufeinanderfolgenden
Gerüsten 1, 2 ... 6 müssen daher die Drehzahlen der einzelnen Gerüste so aufeinander
abgestimmt werden, daß in dem jeweils zwischen zwei Walzgerüsten 1,2; 2,3; 3,4;
4,5; 5,6 laufenden Teilabschnitt der Bramme 7 möglichst keine Druckspannungen und
nur minimale Zugspannungen entstehen können. Um das zu erreichen, wird die Warmband-Vorstraße
10 mit einer Minimalzugregelung 20 betrieben, in welcher jedem einzelnen Walzgerüst
1, 2 ... 6 ein eigener Minimalzugregler 21, 22 ... 26 zugeordnet ist.
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Figur 2.1 bis 2.7 der Zeichnung zeigt ein vereinfachtes Regelschema
der der Warmband-Vorstraße 10 nach Fig. 1 zugeordneten Minimalzugregelung 20. Beim
Anstich der Bramme 7 im Walzgerüst 1 nach Fig. 2.1 wird der fehlende Hebelarm al
des Gerüstes 1 selbsttätig bestimmt und für die Dauer des Walzstiches gespeichert.
Dabei entspricht gemäß Fig. 1 der jeweilige Hebelarm a 1... .6 jeweils dem horizontalen
Abstand der Fließscheide von der durch die Achsen der beiden Walzen des jeweiligen
Walzgerüstes 1,2 ... 6 gehenden Vertikalebene und wird bestimmt einerseits vom Eintrittsquerschnitt
AE der Bramme 7 in dieses Gerüst und andererseits vom Austrittsquerschnitt AA der
Bramme 7 aus diesem Gerüst. Der Hebelarm a 1 ist dabei annähernd halb so groß wie
die gedrückte Länge Ld der Bramme 7 in diesem Gerüst.
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Sobald das Gerüst 2 die Bramme 7 ansticht (Fig. 2.2) wird beim Gerüst
1 laufend die Momentenabweichung m ermittelt, mit dem vorgegebenen Sollwert mX verglichen
und von dem dem Gerüst 1 zugeordneten Minimalzugregler 21 in eine Verstellung der
Antriebsdrehzahl für Gerüst 2 (und alle nachfolgenden Gerüste 3, 4, 5, 6) umgesetzt
sn2x, wie das aus Fig. 2.2 ersichtlich ist. Nunmehr wird, ebenso wie zuvor bei Gerüst
1 auch bei Gerüst 2 der unbekannte Hebelarm a 2
(Fig. 1) berechnet
und die Drehzahlkorrektur 8,2x, welche der Minimalzugregler 21 vorgibt, wird vor
dem Öffnen des Regelkreises für die Dauer des Stiches gespeichert.
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Das Wirkschema der Regelung nach dem anstrich in Gerüst 3 ergibt sich
aus Fig. 2.3, d. h. aufgrund der ermittelten Momentenabweichung m # mX bei Gerüst
2 verstellt der Minimalzugregler 22 die Drehzahl von Gerüst 3 entsprechend jn3x
bis auch diese Momentenabweichung m # mX und damit die Längsspannung in der Bramme
7 zwischen den Gerüsten 2 und 3 bis auf den vorgegebenen Sollwert verschwindet.
Auch bei Gerüst 3 kann währenddessen der unbekannte Hebelarm a 3 (Fig. 1) bestimmt
werden.
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Das beschriebene Wirkschema setzt sich gemäß Fig. 2.4 bis 2.7 fort,
bis auch cas letzte Gerüst 6 der kontinuierlichen Warmband-Vorstrafl 10 an zie Geschwindigkeit
der Bramme 7 angepaßt ist, woF ie gefundenen Drehzahlrelationen für den Rest des
Stiches konstant gehalten werden.
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Das eben beschriebene Wirkschema setzt natürlich voraus, daß walztechnisch
bedeutsame Größen, wie Walzguttemperatur und Einlaufquerschnitt sich während des
Stiches nicht zu stark ändern, weil andernfalls bei den einzelnen Gerüsten 1, 2
... 6 Voreilungsänderungen eintreten würden, die zum Aufbau unerwünschter Längsspannungen
führen könnten.
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Praktisch genügt es daher nicht, die in der Anstichphase der Bramme
7 bestimmten Drehzahlrelationen bis zum Ende des Brammendurchlaufes unverändert
beizubehalten. Es müssen vielmehr auch während der Durchlaufphase die Längsspannungen
in der Bramme 7 dauernd durch eine Regelung überwacht werden.
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Die Fig. 3.1 bis 3.7 der Zeichnung zeigt daher das ausführliche Regelschema
der Minimalzugregelung 20, welche auch eine Beeinflussung der Längsspannungen während
der Durchlaufphase der Bramme 7 ermöglicht.
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Es ist ersichtlich, daß die Darstellungen der Fign. 3.1 und 3.2 völlig
mit den Darstellungen der Fign. 2.1 und 2.2 übereinstimmen.
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Wie beim Schema nach Fig. 2.1 bis 2.7 wird auch bei der Regelung nach
Fig. 3.1 bis 3.7 am gerade anstechenden Gerüst die Drehzahl so verstelltan2x n6x,
daß beim unmittelbar vorangehenden Gerüst die Momentenabweichung m + mx wieder verschwindet.
Bei den noch weiter vorangehenden Gerüsten wird nun zusätzlich die Momentenabweichung
durch je einen Minimalzugregler 22, 23, 24, 25, 26 auf einen einstellbaren Sollwert
mX1 - mX6 geregelt, wie das die Fign. 3.3 bis 3.7 deutlich machen.
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Bei dem Vorgang in Fig. 3.3 führt noch das Gerüst 2 die Stabgeschwindigkeit,
während die Antriebsdrehzahl von Gerüst 3 gerade daran angepaßt wird0n3X. Zusätzlich
hält der Minimalzugregler 21 bei Gerüst 1 die Momentenabweichung m auf dem vorgegebenen
Sollwert m , indem er bei Bedarf die Antriebsdrehzahl des Gerüstes 1 korrigiert,
so daß dieses schon in den Durchlaufbetrieb übergeht.
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Beim erstmaligen Anstechen einer neuen Brammenabmessung sind natürlich
die Drehzahlvoreinstellungen der einzelnen Antriebe 11, 12 ... 16 stark fehlerbehaftet.
Um daher die Drehzahlrelation zwischen einem gerade anstechenden Gerüst und sämtlichen
nachfolgenden Gerüsten nicht einseitig zu verschlechtern, werden auch alle noch
leerlaufenden, in Walzrichtung liegenden Gerüste um den gleichen Prozentsatz der
Drehzahl verstellt, wie das gerade anstechende Gerüst zur Anpassung an die Brammengeschwindigkeit
verstellt werden muß. Die Minimalzugregelung 20 arbeitet also nach dem Prinzip der
Vorwärtsregelung.
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Fig. 3.7 zeigt das Wirkschema der Minimalzugregelung 20 nach dem Abschluß
der Anstichphase, d. h. also die Durchlaufphase für alle Gerüste 1, 2 ... 6 in diesem
Stadium wird z. B. das
in Walzrichtung vorletzte Gerüst 5 der Warmband-Vorstraße
10 mit konstanter Drehzahl betrieben und definiert demzufolge auch die Brammengeschwindigkeit.
Die Drehzahlen aller übrigen Gerüste 1, 2, 3, 4 und 6 werden dagegen bei Bedarf
durch die Minimalzugregelung 20 so verstellt, daß bei ihnen die Spannungsdifferenzen
bis auf den Wert des vorgegebenen Minimalzugs, der bspw. zwischen 0,2 bis 0,5 kg/mm2
(2 bis 5 N/mm2) liegt, verschwindet.
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In Fig. 4.1 bis 4.7 der Zeichnung ist das Wirkschema der Minimalzugregelung
20 während der Auslaufphase der Bramme 7 dargestellt. Hierbei entspricht Fig. 4.1
noch der Durchlaufphase für alle Gerüste 1, 2 ... 6 nach Fig. 3.7, während in Fig.
4.2 das Ende der Bramme 7 gerade das Gerüst 1 verlassen hat. Hierbei wird automatisch
das Spannen der Bramme 7 vom folgenden Gerüst 2, 3 usw. übernommen, und zwar, wie
die Fign. 4.2 bis 4.4 zeigen, bis das Gerüst 4 erreicht ist, welches vor dem geschwindigkeitsführenden
Gerüst 5 liegt.
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Gerüste, welche hinter demjenigen Gerüst 5 liegen, welches die Geschwindigkeit
führt, übernehmen beim Auslauf der Bramme 7 aus dem davorliegenden Gerüst den bei
der letzten Eigenverstellung gespeicherten Drehzahlwert, wie das in Fig. 4.6 bis
4.7 dargestellt ist.
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Durch den eben beschriebenen Betrieb sämtlicher Walzgerüste 1,2 ...
6 der kontinuierlichen Warmband-Vorstraße 10 läßt sich ohne weiteres das gleichzeitige
Walzen von Brammen 7 in mehreren, vorzugsweise ohne Zwischenrollgänge, eng gestaffelten
Walzgerüsten verwirklichen, wobei die Minimalzugregelung eine hohe Gleichförmigkeit
der Walzdicke und damit eine hohe Walzqualität herbeiführt, wenn auf Walzung nach
dem Prinzip des konstanten Massenflusses hingewirkt wird. Das ist auf einfache Weise
dadurch möglich, daß eine Dickenregelung während der Walzung über die Anstellvorrichtungen
nur am ersten Gerüst erfolgt, während alle übrigen Gerüste mit konstantem Walzspalt
betrieben werden.