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Verfahren und Vorrichtung zum Walzen von Metall
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung ztuu Walzen
von Metallplatten oder -bändern.
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Mit der Erfindung soll die Fähigkeit zur Korrektur der Formgebung
bzw. der Krone der gewalzten Platte oder des Streifens verbessert werden, so daß
flache Metallplatten oder -bänder hergestellt werden können.
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Ferner soll ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Korrektur
der Form der gewalzten Platte bzw. des Streifens geschaffen werden, wobei der Wirkungsgrad
beim Walzen beträchtlich verbessert werden soll.
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Außerdem soll ein Walzwerk geschaffen werden, das einfach aufgebaut
ist und leicht zusammengebaut werden kann.
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Im allgemeinen ist die Walzenbiegevorrichtung bzw. das Walzbiegeverfahren
zur
Steuerung der thermischen Deformation der Walzen verwendet worden, um die Form des
gewalzten Bleches zu beeinflussen, jedoch sind ihre Fähigkeiten begrenzt, so daß
das Blech in der gewünschten Form nicht produziert werden kann.
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Außerdem wurde ein Verfahren angewandt, bei dem das Kronenverhältnis
der Platte oder des Bandes während des ganzen Durchlaufprogramms konstant gehalten
wird, wobei ein flaches Blech vor dem Walzen zu einem flachen Blech gewalzt wird.
Um jedoch das Eronenverhältnis konstant zu halten, muß die Dickenreduktion bei jedem
Durchlauf beschränkt werden, wodurch die Walzkräfte eingestellt werden. Daraus ergibt
sich, daß die Anzahl der Durchläufe zunimmt, wodurch die Produktivität abnimmt.
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Um ein vorgegebenes Kronenverhältnis aufrechtzuerhalten, muß folgende
Gleichungsbedingung erfüllt werden:
wobei C . = die Krone des Bleches nach dem Walzen und r, 1 = hc,i - he,i hc,i =
die Dicke des Bleches in dessen Mittelpunkt nach dem Walzen und he,i = die Dicke
des Bleches an seinen Rändern nach dem Walzen.
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Durch das Walzenbiegeverfahren kann die Anzahl der die obiger Bedingungen
einhaltenden
Durchläufe reduziert werden, jedoch ist die Stangenbiegekraft vom Standpunkt der
Walzenkalibrierung (roll chock design) begrenzt, so daß die Fähigkeit zur Steuerung
der Form des gewalzten Metalls ebenfalls begrenzt ist. Daher kann das Blech in der
gewünschten Form nicht erhalten werden.
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Mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 und dem Walzwerk gemäß Anspurch
2 werden die oben genannten und andere Probleme vermieden, die bei den bekannten
Walzverfahren auftreten.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben
sich aus der nachstehenden, anhand der beiliegenden Zeichnung erfolgenden Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung stellen dar: Figur 1 eine
schematische,perspeLtivische Ansicht eines Walzwerks gemäß der Erfindung, Figuren
2, 3 und 4 Ansichten zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem Verhältnis
zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten der oberen und der unteren Arbeitswalze und
der Reibungskraft und Figur 5 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung
der Beziehung zwischen der Walzkraft und der Dikke des gewalzten Metalls.
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Es wird nun auf Figur 1 Bezug genommen. Eine obere Arbeiswalze 1 und
eine untere Arbeitswalze 2 sind antriebsmäßig über ein Untersetzungsgetriebe 3 mit
den Ausgangswellen der Motoren 4 und 5 derart verbunden, daß die obere und die untere
Arbeitswalze 1 und 2 mit unterschiedlicher Umfangsgeschwindigkeit v1 bzw. v2 rotieren.
Natürlich können die obere und die untere Arbeitswalze
1 und 2
auch direkt mit den Ausgangswellen der Motoren 4 und 5 verbunden sein.
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Plattenförmiges metall 111 mit der Dicke h1 wird durch die Arbeitswalzen
1 und 2 zum Blech 112 mit der Dicke h2 gewalzt. Das gewalzte Blech 112 wird laufend
durch einen Formdetektor 6, der mit einer arithmetischen Einheit 7 verbunden ist,
erfaßt. Die arithmetische Einheit 7 ist ihrerseits nicht nur mit einer mit den Motoren
4 und 5 verbundenen Steuereinheit 8 sondern auch mit einer Walzenspalt-Steuereinheit
10 verbunden. Daher erzeugt in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal aus dem die Form
erfassenden Formdetektor 6 die arithmetische Einheit 7 das Formkorrektursignal,
und die Steuereinheit 8 steuert in Abhängigkeit von diesem Formkorrektursignal die
Drehzahlen der Motoren 4 und 5, wodurch die Umfangsgeschwindigkeiten der oberen
und der unteren Arbeitswalze 1 und 2 gesteuert werden können.
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Die Walzenspalt-Steuereinheit 10 ist mit einem Paar den Walzenspalt
einstellenden Einheiten 9 verbunden, so daß in Abhängigkeit von dem Formkorrektursignal
aus der arithmetischen Einheit 7 die Steuereinheit 10 die Einheiten 9 für die Einstellung
des Walzenspaltes der&rt beaufschlagt, daß die untere Arbeitswalze 2 von der
oberen Arbeitswalze 1 um eine vorgegebene Strecke entfernt werden kann.
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Bei dem Walzwerk der in Rede stehenden Art wird das Verhältnis zwischen
den Umfangsgeschwindigkeiten der oberen und der unteren Arbeitswalze 1 und 2 derart
geändert, daß die Walzkraft geändert wird, und folglich die Deformation der Arbeitswalzen
1 und 2 gesteuert und die Form des gewalzten Metalls korrigiert werden kann, wie
im folgenden noch genauer beschrieben wird.
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Es wird nun Bezug auf die Figuren 2, 3 und 4 genommen. Es sei angenommen,
daß
die obere und die untere Arbeitswalze 1 und 2 den gleichen Durchmesser und die Dicke
des Metalls vor und nach dem Walzen haben. Die neutralen Linien oder Punkte sind
mit N1 und N2 bezeichnet.
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Figur 2 zeigt den bekannten Walzzustand, wo die Arbeitswalzen 1 und
2 mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit rotieren, die neutralen Punkte N1 und
N2 auf der gleichen vertikalen Linie liegen und in den Walzenangriffszonen A und
B das Blech der Reibungskraft in den Richtungen unterworfen ist, die durch Pfeile
an der oberen und der unteren Arbeitswalze 1 und 2 angegeben sind. Daher unterliegt
das Blech einer horizontalen Kompressionskraft, so daß die vertikale Kompressionskraft
größer ist, als wenn das Blech nicht der Reibungskraft unterworfen wäre.
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Figur 4 zeigt den sog. Walzziehprozeß, bei dem die Umfangsgeschwindigkeiten
v1 und v2 der oberen und der unteren Arbeitswalze 1 und 2 derart ausgewählt sind,
daß die folgende Bediiigung erfüllt wird: V1 /V2 = h1/h2, wobei h1 und h2 die Dicke
des in die Arbietswalzen einlaufenden und des aus den Arbeitswalzen auslaufenden
Metalls ist. Daher ist in der Walzenangriffzone C die auf das Metall entlang dem
Berührungsbogen zwischen dem Metall und der oberen Arbeitswalze 1 wirkende Reibungskraft
entgegengesetzt zu der auf das Metall entlang dem Berührungsbogen zwischen dem Metall
und der unteren Arbeitswalze 2 wirkenden Reibungskraft . Mit anderen Worten liegt
der obere neutrale Punkt N1 am Austrittspunkt des oberen Eontaktbogens, während
der untere neutrale Punkt N2 am Eintrittspunkt des unteren Kontaktbogens liegt.
Daher wird das Walzgut keiner horizontalen Kompressionskraft unterworfen, und der
Walzdruck
ist unabhängig von der Reibungskraft und kleiner als die
in Figur 2 gezeigte Walzkraft.
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Gemäß Figur 3 werden die Umfangsgeschwindigkeiten der Arbeitswalzen
1 und 2 derart gesteuert, daß der obere neutrale Punkt N1 zum Austrittspunkt des
oberen Berührungsbogens und der untere neutrale Punkt N2 zum Eintrittspunkt des
unteren Berührung bogens versetzt ist und beide nicht auf der gleichen vertikalen
Linie liegen. Daher unterliegt das Metall auf beiden Seiten der Angriffs zone C
im Prinzip den gleichen Reibungskräften, wie sie beim bekannten Walzen auftreten.
Daher nimmt die Walzkraft einen Zwischenwert zwischen den in den Figuren 2 und 4
gezeigten Walzkräften ein.
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Aus der obigen Erklärung geht hervor, daß die Walzkraft durch Änderung
des Verhältnisses zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten der oberen und der unteren
Arbeitswalze 1 und 2 geandert werden kann. Wenn die Walzkraft geändert wird,während
die Dicke h1 vor dem Walzen und die Dicke h2 nach dem Walzen konstant gehalten werden,
wird die Walzendeformation geändert, so daß das Querschnittsprofil des gewalzten
Metalls geändert wird. Wenn das Querschnittsprofil des gewalzten Metalls geändert
wird, wird auch die Verteilung der Dehnung bzw. Elongation des Metalls in der Breite
geändert, so daß die Form des gewalzten Metalls ebenfalls geändert wird. Daher kann
die Form des gewalzten Metalls durch Änderung des Verhältnisses zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten
der oberen und der unteren Arbeitswalze 1 und 2 gesteuert werden.
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Als nächstes soll der Walzvorgang bei dem oben beschriebenen Walzwerk
erläutert werden. Die arithmetische Einheit 7 berechnet in Abhängigkeit von dem
Ausgangssignal aus dem Formdetektor 6, der laufend die Form des gewalzten Metalls
112 erfaßt, die
zur Korrektur der Form des durch die Walzen durchlaufenden
Metalls benötigte Zunahme bzw. Abnahme dp der Walzkraft und die für diese Zunahme
oder Abnahme Ap erforderlichen Umfangsgeschwindigkeiten V1 und v2 der Arbeitswalzen
1 und 2. Die Motorsteuereinheit 8 steuert in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal
aus der arithmetischen Einheit 7 die Drehzahl der Motoren 4 und 5 und damit die
Umfangsgeschwindigkeiten der Arbeitswalzen 1 und 2.
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Anstatt die Form des gewalzten Metalls 112 zu erfassen, kann die Blechkrone
vor und nach dem Walzen erfaßt werden, um die Drehzahl der Motoren 4 und 5 zu steuern.
Ferner kann die Drehzahl der Motoren 4 und 5 in Abhängigkeit von der vor dem Walzen
vorgegebenen Form oder der Krone des Bleches gesteuert werden. Um jedoch eine Abweichung
der Dicke des gewalzten Metalls 112 von h2 zu arermeiden, muß 6, der Schnittpunkt
zwischen der elastischen KeI1nk'irve b' des Walzwerks und der plastischen Kennkurve
a1 des Metalls nach der Korrektur der Form auf der gleichen vertikalen Linie liegen,
auf der auchdcX der Schnittpunkt zwischen der elastischen Kennkurve b des Walzwerks
und der plastischen Kennkurve a vcr der Korrektur der Form liegt, wie es in Figur
5 gezeigt ist. Ferner muß der Walzenspalt zwischen d.en Arbeitswalzen 1 und 2 umS=/K
zu- oder abnehmen, wobei E der Koeffizient des Walzwerkmoduls ist, so daß die Dicke
h2 nach dem Walzen unabhängig von der Zunahme oder der Abnahme fU? des Walzdrucks
gleichbleibt.
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Die arithmetische Einheit 7 berechnet die Zunahme oder die Abnahme
# S des Walzenspaltes in der oben beschriebenen Weise, wobei die Walzenspalt-Steuereinheit
10 in Abhängigkeit von dem diese Zunahme bzw. AbnahmeS darstellenden Ausgangssignal
aus de- arithmetischen Einheit 7 die Einheiten 9 zur Einstellung des Walzenspaltes
betätigt, so daß der Spalt zwischen der oberen und der unteren Arbeitswalze 1 und
2 umAS zu- oder abnimmt.
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Gemäß den Erfahrungen der Erfinder wird die Walzkraft auf beispielsweise
etwa
1/3 der beim bekannten, in Figur 2 gezeigten Walzziehprozeß benötigten Walzkraft
verringert, wenn weicher Stahl nach dem in Figur 4 gezeigten Walzziehprozeß gewalzt
wird.
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Dabei ergibt sich, daß die Blechkrone ebenfalls um etwa 1/3 verringert
wird. Daher wird im Vergleich zu den bekannten Walzverfahren und den bekannten Walzwerken
die Fähigkeit zur Korrektur der Blechform und damit der Form des gewalzten Bleches
bzw.
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Walzgutes beträchtlich verbessert.