DE2736233C2 - Vorrichtung zur Steuerung der Balligkeit von Walzgut - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Balligkeit von Walzgut, wobei die Walzkraft, das Durchlaufprogramm oder die Walzenbiegekraft unter Berücksichtigung der Einflüsse von Walzenerwärmung und Walzenverschleiß beeinflußt werden, mit einer Speichereinrichtung für die Walzbedingungsdaten und einer eine Rechen- und Steuereinheit umfassende Kompensationseinrichtung für Wärmeballigkeit und Verschleiß. -

Eine Vorrichtung dieser Art ist beispielsweise aus der US-PS 33 87 470 bekannt Nach der Lehre der US-PS 87 470 müssen vor dem eigentlichen Walzprozeß Testläufe durchgeführt werden bzw. muß der Walzprozeß für die Durchführung von Testläufen unterbrochen werden, um die Einflüsse von Walzenerwärmung und Walzenverschleiß erfassen und berücksichtigen zu können. Eine Unterbrechung des Walzbetriebs ist immer dann erforderlich, weqn zu erwarten ist, daß sich diese Einflüsse geändert haben. Die Unterbrechungen des Walzbetriebes und die Durchführung von Testläufen wirken sich natürlich auf die Herstellungszeit und auf die Herstellungskosten ungünstig aus.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Steuerungsvorrichtung so auszubilden, daß derartige Testläufe und die damit verbundenen

Betriebsunterbrechungen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Speichereinrichtung die Breite des zu walzenden Werkstückes gespeichert ist, daß vorgese hen sind

eine erste Recheneinheit zum Berechnen der Wölbungsbreite der Wärmeballigkeit ausgehend von den Breiten und den gewalzten Längen der mit einem bestimmten Walzenpaar innerhalb einer bestimmten Zeit bereits ο gewalzten Werkstücke,

eine erste Einrichtung, die die Größe der Walzenwärmeballigkeit unter Heranziehung der Differenz zwischen der gespeicherten Breite und der Wölbungsbreite korrigiert und diese Größe in eine äquivalente

Werkstückballigkeit umrechnet

eine zweite Recheneinheit zum Berechnen der Walzenverschleißbreite ausgehend von den Breiten und den gewalzten Längen der mit einem bestimmten Walzenpaar bislang gewalzten Werkstücke

und eine zweite Einrichtung, die die Größe des Walzenverschleißes unter Heranziehung der Differenz ' zwischen der gespeicherten Breite und der Walzenverschleißbreite berechnet und diese Größe in eine äquivalente Werkstückballigkeit umrechnet

und daß die Steuereinheit die Walzkraft das Durchlaufprogramm oder dis Walzenbiegekraft ausgehend von den errechneten äquivalenten Werkstückballigkeiten steuert Nach der Erfindung werden die Einflüsse von Walzenerwärmu'iig und Walzenverschleiß während des Walzbetriebs laufend berechnet und berücksichtigt, wodurch Testläufe und Unterbrechungen des Walzbetriebs entfallen. Das wirkt sich günstig auf die Herstellungszeit und die Herstellungskosten aus.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fi g. 1 eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Grundbegriffe,

F i g. 2 eine Ansicht zur Erläuterung des Zusammen-

hangs zwischen Parallelverschleiß und Mittenverschleiß der Walzen,

F i g. 3 eine Ansicht zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen Parallelverschleiß und Seitenkantenverschleiß der Walzen,

Fig.4 eine Ansicht zur Erläuterung der Balligkeit einer Arbeitswalze,

F i g. 5 eine Ansicht zur Erläuterung der Wärmeballigkeit einer Arbeitsv^alze, F i g. 6 die Verhältnisse beim Walzen eines Werkstük kes mit gegenüber der Wölbungsbreite der Wärmebal ligkeit geringerer Breite,

F i g. 7 die Verhältnisse beim Walzen eines Werkstükkes mit gegenüber der Wölbungsbreite der Wärmeballigkeit größerer Breite,

F i g. 8 eine Arbeitsweise mit Walzenverschleiß,

F i g. 9 die Verhältnisse beim Walzen eines Werkstükkes mit einer gegenüber der Verschleißbreite der Walze geringeren Breite, Fig. 10 die Verhältnisse beim Walzen eines Werk stüekes mit gegenüber der Versehleißbreite größerer Breite und

F i g. 11 schematisch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung. Wenn die Balligkeit Qf, also die Differenz zwischen

es der Höhe in der Mitte und der Höhe am Rand und die Ebenheit Sf, nämlich das Verhältnis zwischen der Wellenhöhe und der Wellenlänge eines fertiggewalzten Werkstückes, vorbestimmt sind, so ergilbt sich die

Walzkraft /V for das auslaufseitige Endgerüst aufgrund folgender Überlegungen;

Für die optimale Walzenbiegekraft, bei der keine durch über die Werkstückbreite unterschiedliche Längsausdehnung des Werkstückes bedingte Verwerfungen im Werkstück beim Walzen auftreten, gilt

Paa = a_BB + (a_pl + a„₂B + α_μΒ²) A + a_wcR_Wc

+ a_BR₈c + a<)w\BAD_w + α//ei ffc +
+ α »κι V Rww + α wiB V R my +

P_BOI

Hierin bedeuten α Koeffizienten für verschiedene Einflußgrößen, wobei jeder Index eine eigene Einflußgröße anzeigt B die Breite des Werkstückes, Pr die Walzkraft, Äivcdie Balligkeit der Arbeitswalze, Äßcdie Balligkeit der Stützwalze, Rww den Parallelverschleiß der Walze, Rwwc den Mittenverschleiß der Walze, Rwwe den Seitenkantenverschleiß der Walze, ADw die Durchmesserabnahme der Walze beim Nacharbeiten, Hc die Balligkeit des Werkstückes beim Eintritt in den Walzspalt und Pbo ι eine Konstante.

Die dabei auftretenden variablen Größen wie die Breite B, die Balligkeiten Ä wc und Reeder Arbeits- bzw, Stützwalzen und der Parallelverschleiß Rww der Walze sind in F i g. 1 veranschaulicht In F i g. 1 ist mit 1 eine Arbeitswalze und mit 2 eine Stützwalze bezeichnet, wobei Dw einen Durchmesser der Arbeitswalze 1 bezeichnet Die Gleichung (I) gilt dann, wenn ein ebenes Werkstück mit einer Balligkeit Hc an der Eintrittsseite des Gerüstes beim Walzen eben bleibt wenn also keine Verwerfungen auftreten.

Die Balligkeit //cam Eintritt hängt mit der Balligkeit des am austrittsseitigen Endgerüst austretenden Werkstückes durch die folgende Gleichung zusammen:

Die Gleichung III bestimmt die Beziehung zwischen der Walzkraft /Vam auslaufseitigen Endgerüst und-1er tatsächlichen Balligkeit Qf und Ebenheit Sf des auslaufenden Werkstückes. Die Balligkeit Rwc der Arbeitswalze, der Mittenverschleiß Rwwc, der Seitenkantenverschleiß RwwEund der Parallelverschleiß Rww sind in den F i g. 2,3 und 4 näher veranschaulicht

Die Ballenoberfläche einer Walze wird grundsätzlich durch eine Kurve zweiter Ordnung bestimmt, und auch fj ίο die Balligkeit Rwc welche die Auswölbung bezogen auf ^c die Gesamtlänge der Walze darstellt, wie aus Fig.4

ersichtlich ist, wird durch eine quadratische Gleichung wiedergegeben. Ein Verfahren zur Ermittlung der Balligkeit aus verschiedenen Walzenprofilen ist im (I) 15 einzelnen im Aufsatz »A Study on the Thickness Distribution along the Width in Rolling — 1st Report Analysis of Plate Crown and Optimum Roll Bending Force -«in ISHIKAWAJIMAHARIMA GIHO (Technical Report) 13 (1973), Nr. 1, S. 46—49 angegeben.

Das sich bei der Bestimmung dei Walzkraft /Vdurch die obigen Gleichungen bei Berücksichtigung des Walzenprofiles ergebende Problem liegt darin, daß das Walzenprofil sich nicht nur in der aus den F i g. 1 —4 ersichtlichen Weise ändern kann. Insbesondere ist die Tempiraturverteilung in Axialrichtung der Walze nicht immer entsprechend einer quadratischen Gleichung gegeben. Wenn die Temperatur in dem Bereich der Arbeitswalze 1 ansteigt, der mit dem Werkstück in Berührung gestanden ist und wenn die mittlere Breite des gewalzten Werkstückes 3 in der aus Fig.5 ersichtlichen Weise mit Bwh angenommen wird, so wird nur der der Breite des Werkstückes 3 entsprechende Abschnitt der Walze 1 ausgewölbt oder balliger, wobei die Breite Bwh durch

/V

Σ (

WH'

40

{C_rF + a_scS_F)

(H)

(IV)

Hierin bedeuten h die Dicke des austretenden Werkstückes, //die Dicke des eintretenden Werkstükkes, Qf die Balligkeit, wenn das austretende Werkstück eben ist, Gf die tatsächliche Balligkeit des austretenden Werkstückes, Sf die Ebenheit des austretenden Werkstückes und »se einen Koeffizienten zur Umwandlung der Ebenheit in eine äquivalente Balligkeit

Derselbe Zusammenhang besteht zwischen der eingangsseitigen Balligkeit Hc und der austrittsseitigen Balligkeit des Werkstückes an jedem Walzgerüst

Wird die Gleichung (II) in die Gleichung (I) eingesetzt und die Walzkraft P_r durch die Walzkraft PrF am auslaufseitigen Endgerüst ersetzt, so ergibt sich:

P_B0 = a_BB + (ap\ + a_nB + a_nB²)

a_BR_BC + a_DW{BAD_w+

a_wcR_Wc

(C_rF+ a_scS_F)

V Rww + awiRwwc + ccw*Rwwe + f_Bo\

(III)

gegeben ist.

Hierbei bedeutet /, die gewalzte Länge und B₁ die gewalzte Breite jedes Werkstückes, <Χη und β_η sind Bewertungsfaktoren, N ist die Anzahl der bislang gewalzten Werkstücke und M die Anzahl der durch die Wärmeballigkeit beeinflußten Werkstücke.

Wenn angenommen wird, daß ein Werkstück 3 mit vergleichsweise g-sringer Breite B₆ in der aus Fig.6 ersichtlichen Weise unmittelbar nach einem Werkstück gewalzt wird, dessen Breite durch die Gleichung (IV) bestimmt ist, so wird der Walzvorgang durch eine imaginäre Wärmeballigkeit beeinflußt, die in Fig.6 gestrichelt veranschaulicht ist Dabei kann die Balligkeit Rwa gemäß F i g. 6 als die Balligkeit Rwc gemäß F i g. 4 angesehen werden.

Wenn aber umgekehrt ein Werkstück 3 mit vergleichsweise großer Breite B₇ in der aus Fig.7

so ersichtlichen Weise unmittelbar nach einem Werkstück gewalzt wird, dessen Breite durch dia Gleichung (IV) bestimmt ist, so wird das Walzen dieses Werkstückes durch die Wärmeballigkeit wesentlich beeinflußt, und es kann für die Wärmeballigkeit Rwci ein Profil angenommen werden, wie dies mit gestrichelten Linien in F i g. 7 veranschaulicht ist Dann muß die Balligkeit Rwci gemäß F i g. 7 als die Balligkeit Rwc in F i g. 4 betrachtet werden.

Es wird somit zunächst die Breite Bwh der Wärmeballigkeit berechnet und sodann mit der Breite des zu walzenden Werkstückes verglichen, um so eine Walzenballigkeit gemäß Konzeption Rwet, oder Rwa zu bestimmen. Auf diese Weise kann die Wärmeballig- ■> keit in die Walzenballigkeit Rwc'm Fig. 4 umgewandelt werden, so daß eine optimale Walzkraft P_rr am letzten Walzgerüst durch die Gleichung (HI) ermittelt werden kann. Das durch einen Vergleich der Breite der Wärmeballigkeit mit der Breite des zu walzenden ι ο Werkstückes in der erläuterten Weise erhaltene Walzenprofil entspricht der auf das Werkstück aufzubringenden Oberflächenballigkeit. Die Auswölbung bei der Wärmeballigkeit kann beispielsweise nach der Literaturstelle »A method for calculating thermal crown ι i of a rolling roll« in SOSEI TO KAKO (Plasticity and Machining) 16 (1975-1), Nr. 168, S. 44-51 ermittelt werden.

Lric /~iris€ii5WäiZ€ ■ ünicrncgi in ucf 5Ü5 ι i g. α

ersichtlichen Weise einem Verschleiß, wobei die Breite des Verschleißabschnittes Bwwaus

Verformungswiderstand und ß,die Breite des Werkstükkes jeweils am /-ten Gerüst.

Wenn einmal die Balligkeit Rwc der Walze, der Parallelverschleiß Rww, der Mittenverschleiß Rw wc und der Seitenkantenverschleiß Rwwe, welche insgesamt sich überlagernd das Walzenprofil bestimmen, ermittelt sind, kann die optimale Walzkraft P,r, aus der Gleichung (III) ermittelt werden, insbesondere wenn angenommen wird, daß die Walzenbiegekraft Paa Null ist, was bei Fehlen einer Walzenbiegeeinrichtung angenommen werden darf, und kann die Dicke H-, am Eintritt in das ι-te Walzgerüst durch die Gleichung (Vl) ermittelt werden. Da die Dicke Λ,-ι des aus dem (i— 1)-ten Walzgerüst austretenden Werkstückes der Dicke Zugleich ist, ergibt sich die Dicke Z/,_i des Werkstückes beim Eintritt in das (7-l)-te Walzgerüst durch die Gleichung (III) und (VI).

In entsprechender Weise wird die Dicke des in jedes

Σ (V₁I₁B₁)

R - '" ' D WW —

,ν

Σ (δ,Ι,)

(V)

2>

30

ermittelt werden kann.

Darin sind y, und d, Bewertungsfaktoren, N ist die Anzahl der bislang gewalzten Werkstücke, und /, und B₁ sind die Längen und die Breiten der gewalzten Werkstücke.

In F i g. 9 ist das Walzen eines Werkstücks mit einer Breite Bw* mittels Arbeitswalzen mit einer Verschleißbreite Bww veranschaulicht. Der Parallelverschleiß Rwwi und der Seitenkantenverschleiß Rwwei werden sodann in der aus F i g. 9 ersichtlichen Weise bestimmt und werden als Parallelverschleiß Rww und Seitenkantenverschleiß R wwE der in Fi g. 3 veranschaulichten Art benutzt

In Fig. 10 ist die Ermittlung des Parallelverschleißes Rwwio und des Mittenverschleißes Rwwcw veranschau- -«5 licht, wenn ein Werkstück mit einer gegenüber der Breite der Verschleißzone Bww größeren Breite Bww zu walzen ist Der so erhaltene Parallelverschleiß Rwwio und Mittenverschleiß Rwwcio kann als Parallelverschleiß Rww und als Mittenverschleiß Rwwc der aus 5n F i g. 2 ersichtlichrn Art benutzt werden. Das sich durch einen Vergleich zwischen der Breite der Verschleißzone Bww und der Breite Bw* oder Bwio des zu walzenden Werkstückes ergebende Verschleißprofil entspricht der dem Werkstück mitzuteilenden Balligkeit

Die Walzbedingungen mit Arbeitswal2en mit Wärmeballigkeiten oder mit Verschleißbuchten können durch das Modell gemäß F i g. 1 wiedergegeben werden, so daß durch die Gleichung (III) die optimale Walzkraft PrF für die gewünschte Balligkeit und Ebenheit ermittelt werden kann.

Gemäß der Walztheorie gilt für die Walzkraft Prn am Walzgerüst /

B₁)

(VT)

65

Hierbei bedeutet Hi die Eintrittsdicke des Werkstükkes, Λ, die Austrittsdicke des Werkstückes, k den

ll/~l—...ji..» ~:-l t 1 \\i 1 .Jt-! 1 -1:- r^:_i._

rrai£gt.lU3l VllliaUICttUCIf TT Cl K3lUt.ftC3 UIIU UIC L/llftC des in das erste Walzgerüst einlaufenden Werkstückes in Rückwärtsrichtung bestimmt, und können die Durchlaufprogramme an den jeweiligen Walzgerüsten bestimmt werden, um ein fertiges Werkstück mit einer vorbestimmten Dicke Λρ zu erhalten. Wenn sich ein Unterschied zwischen der berechneten Dicke und der tatsächlichen Dicke eines Werkstückes ergibt, so kann dieser Unterschied in einer Anzahl von in der Wälzst aße weiter vorne liegenden Gerüsten ausgeglichen werden, wodurch die endgültige Ebenheit beim fertigen Werkstück nicht so stark beeinflußt wird.

Nachfolgend wird anhand von Γ i g. 11 eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Steuerung der Balligkeit eines metallenen Werkstückes auf der Basis der vorstehend erläuterten Grundlagen näher veranschaulicht

Hierbei wird das Werkstück im Beispielsfalle durch ein Walzgerüst mit zwei Arbeitswalzen I, zwei Stützwalzen 2 und einer Anstellvorrichtung 4 gewalzt. Ein Datenspeicher 5 ist vorgesehen, um die Walzdaten wie die gewünschte Breite, die gewünschte Länge usw. des fertigen Werkstückes und der noch zu walzenden Werkstücke zu speichern. Eine Kompensationseinrichtung für die Wärmeballigkeit weist eine erste Recheneinheit 6 zum Berechnen der Wärmeballigkeit und ihrer Breite Bwh, einen Vergleicher 7 zum Vergleich dieser Wölbungsbreite Bwh mit der gespeicherten Breite des zu walzenden Werkstückes, einen Prozessor 8 zur Ermittlung der die Werkstückballigkeit tatsächlich beeinflussenden Walzenwärmeballigkeit in Abhängigkeit von der Wölbungsbreite und eine Einrichtung 9 auf, die die Walzenwärmeballigkeit in eine äquivalente Werkstückballigkeit umrechnet

Eine Kompensationsemrichtung für den Walzenverschleiß weist eine zweite Recheneinheit 10 zum Berechnen der Verschleißbreite der Arbeitswalze 1, einen Vergleicher 11 zum Vergleich der Verschleißbreite Bwh mit der Breite des zu walzenden Werkstückes, einen Prozessor 12 zur Ermittlung des die Werkstückballigkeit tatsächlich beeinflussenden Walzenverschleißes in Abhängigkeit von der Walzenverschleißbreite und schließlich eine Einrichtung 13 auf, die den berechneten Walzenverschleiß fai eine äquivalente Werkstückballigkert umrechnet.

Eine Steuereinrichtung 14 berechnet auf der Basis der der Größe der Wärmeballigkeit äquivalenten WerkstückbaTJigkeit und der der Größe des Walzenverschlei-Bes äquivalenten Werkstückballigkeit die Werkstückballigkeit, um die Walzkraft, das Durchlaufprogramm

oder die Walzenbiegekraft für die gewünschte WerkstUckballigkeit optimal einzustellen. Das Signal für die Walzkraft oder das Signal für die Walzenbiegekraft werden durch die Steuereinrichtung 14 erzeugt und an die Anstellvorrichtung 4 oder die Arbeitswalzen 1 übertragen.

Die an dem in der Walzstraße weiter vorne stehenden Walz£-.wüst gesammelten Walzdaten werden in den Datenspeicher 5 eingespeist und dort gespeichert, während die Daten des zu walzenden Werkstückes den Recheneinheiten 6 und 10 zugeführt werdet.

Die erste Recheneinheit 6 berechnet die Wölbungsbreite ßn7/der Wärtneballigkeit über die Gleichung (IV) und die Größe der Wärmeballigkeit in Abhängigkeit von den Ausgangsdaten aus dem Walzdatenspeicher 5 und gibt diese Daten in den Vergleicher 7 ein. Der Vergleicher 7 vergleicht die Wölbungsbreite Bwn der Wärmeballigkeit mit der Breite B des zu walzenden

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7 wird dem Prozessor 8 zugeführt. Der Prozessor 8 ermittelt die Walzenwärmeballigkeit, die tatsächlich die Balligkeit des Werkstücks mit der Breite B beeinflußt, und das vom Prozessor 8 erzeugte Ausgangssignal über diese Wärmeballigkeit wird der Einrichtung 9 zugeführt, in der die Umrechnung in die äquivalente Werkstückballigkeit erfolgt, die dann der Steuereinrichtung 14 zugeführt wird.

Die zweite Recheneinheit 10 ermittelt in Abhängigkeit von den vom Walzdatenspeicher 5 kommenden Daten die Größe des Verschleißes und die Verschleißbreite Bwh durch die Gleichung (V) und leitet diese Daten dem Vergleicher 11 weiter, in dem die Breite B des zu walzenden Werkstückes mit der Verschleißbreite Bwh verglichen wird. Das Ausgangssignal aus dem Vergleicher 11 liegt an dem Prozessor 12, der seinerseits den Verschleiß ermittelt, der tatsächlich die Balligkeit des Werkstückes beeinflußt. Das dieser Verschleißgröße entsprechende Ausgangssignal des Prozessors 12 wird der Einrichtung 13 zugeführt, in der die Umrechnung in eine äquivalente Werkstückballigkeit erfolgt, die dann wiederum der Steuereeinrichtung 14 zugeführt wird.

Die Steuereinrichtung 14 ermittelt in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Einrichtungen zum Umrechnen. 9 und 13 die Walzkraft, das Durchlauf^regramm oder dL· Walzenbiegekraft über die Gleichung (III). Die Steuersignale werden den Arbeitswalzen 1 oder der Anstellvorrichtung 4 zugeführt, so daß sowohl die Walzkraft als auch die Walzenbiegekraft optimal bestimmt werden können und demzufolge das Werkstück in gewünschter Weise eben ausgewalzt werden kann.

I lier/ii 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentenspruch;

   Vorrichtung zur Steuerung der Balligkeit von Walzgut, wobei die Walzkraft, das Durchlaufprogramin oder die Walzenbiegekraft unter Berücksichtigung der Hinflüsse von Walzenerwärmung und Walzenverschleiß beeinflußt werden, mit einer Speichereinrichtung für die Walzbedingungsdaten und einer eine Rechen- und Steuereinheit umfassende Kompensationseinrichtung für Wärmeballigkert und Verschleiß, dadurch gekennzeichnet, daß in der Speichereinrichtung (5) die Breite des zu walzenden Werkstückes gespeichert ist, daß vorgesehen sind

   eine erste Recheneinheit (6) zum Berechnen der Wölbungsbreite der Wärmeballigkeit ausgehend von den Breiten und den gewalzten Längen der mit einem bestimmten Walzenpaar innerhalb einer bestimmteaZeit bereits gewalzten Werkstücke, eine erste Einrichtung (7, 8, 9), die die Größe der Walzenwärmeballigkeit unter Heranziehung der Differenz zwischen der gespeicherten Breite und der Wölbungsbreite korrigiert und diese Größe in eine äquivalente Werkstückballigkeit umrechnet, eine zweite Recheneinheit (fc>) zum Berechnen der Walzenverschleißbreite ausgehend von den Breiten und den gewalzten Längen der mit einem bestimmten Walzenpaar bislang gewalzten Werkstücke und eine zweite Einrichtung (11, 12, 13), die die Größe des V/alzenverschleißes unter Heranziehung der Differenz zwischen der gespeicherten Breite und der Walzenverschleißbreite berechnet und diese Größe in eine äquivalente Werkstückballigkeit umrechnet,

   und daß die Steuereinheit (14) die Walzkraft, das Durchlaufprogramm oder die Walzenbiegekraft ausgehend von den errechneten äquivalenten Werkstückballigkeiten steuert