DE3028368A1

DE3028368A1 - Verfahren zum verbessern der bandebenheit in einer warmbandwalzstrasse

Info

Publication number: DE3028368A1
Application number: DE19803028368
Authority: DE
Inventors: Donald John Fapiano
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1979-07-30
Filing date: 1980-07-26
Publication date: 1981-02-26
Also published as: US4261190A; GB2055229A; JPS5639109A; GB2055229B; JPH02124B2; DE3028368C2

Description

Verfahren zum Verbessern der Bandebenheit in einer Warmbandwalzstraße

Die Erfindung bezieht sich auf das Walzen von Metallbändern und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Aufrechterhalten der Ebenheit der Bänder während des Walzprozesses.

Auf die US-PS 4 137 741, die eine Werkstückformregelung zum Gegenstand hat und hier als "Formregelpatent" bezeichnet wird, wird im folgenden Bezug genommen.

Weiter wird auf die US-Reissue-PS 26 996, die ein rechnergeregeltes System für ein Metallwalzwerk zum Gegenstand hat und im folgenden als "Computerregelpatent" bezeichnet wird, hier Bezug genommen.

Blech wird durch Walzen von Tafeln, Blöcken oder anderen relativ massiven Werkstücken zu dünnen, langgestreckten Bändern hergestellt. Das Fertigwalzen erfolgt zwar häufig nahe bei Raumtemperatur (Kaltwalzen), die erste Querschnittsverminderung des Werkstückes ausgehend von uessen Tafellorm erfolgt jedoch bei erhöhter Temperatur in einer Anlage, die als Warm-

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bandwalzstraße bezeichnet wird. Das Produkt der Warmbandwalzstraße kann weiter verarbeitet und in der Dicke weiter vermindert werden oder es kann für Verwendungszwecke, bei denen dickere Bandmaterialien erforderlich sind, direkt verkauft werden. Wenn das warmgewalzte Band ein Zwischenprodukt ist, das weiter gewalzt wird, können desεan Breiten- und Dickenabmessungen etwas weniger kritisch als bei dem Endprodukt sein. In jedem Fall ist jedoch seine Ebenheit oder Freiheit von Welligkeit wichtig, da eine übermäßige Welligkeit sowohl die anschließende Bearbeitung als auch die spätere Herstellung eines Fertigprodukts aus dem Band stört.

Die Welligkeit resultiert bei gewalztem Band aus ungleicher Verlängerung über der Bandbreite aufgrund ungleicher prozentualer Dickenverminderung über der Bandbreite. Ein Gebiet eines Bandes, das mehr verlängert ist als andere Bandgebiete, wird eine Welligkeit aufweisen.

Zum Vermindern der Dicke des Bandes wird das Band zwischen aufeinanderfolgenden Gerüsten hindurchgeleitet,welche zwei einander gegenüberliegende Walzen haben, die so ausgelegt sind, daß sie große Walzkräfte aushalten. In einem Duowalzgerüst sind nur zwei Walzen vorhanden, während in einem Quartowalzgerüst eine obere und eine untere Arbeitswalze das Band berühren und selbst durch eine obere und eine untere Stützwalze viel größeren Durchmessers berührt werden. Selbst bei dem relativ starren Quartowalzwerk kommt es zu einer Durchbiegung unter der Biegebelastung der Walzkräfte, die beim Bandwalzen von 4900 bis 29420 kN (500-3000 tons) reichen. Zum Kompensieren der Durchbiegung können die Arbeitswalzen so geschliffen oder mit Profil versehen werden, daß ihr Durchmesser in der Mitte ihrer Länge größer ist als ihr Durchmesser an den Enden. Diese Durchmesserdifferenz wird als "Balligkeit" der Walze bezeichnet.

Die Walzenballigkeit ist während eines Walzvorganges nicht

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konstant, sondern ändert sich, wenn die Walzentemperatur durch Berührung mit (a) dem heißen Werkstück und (b) dem bei dem Prozeß benutzten Kühlwasser steigt bzw. fällt. Walzenballigkeitsänderungen aufgrund ungleichmäßiger Temperaturänderuncren über der Walze können 0,25 mm (0.01 inch) übersteigen. Während des Walzprozesses wird die Walzenballigkeit weiter durch Oberflächenverschleiß in den Gebieten der Berührung mit dem Werkstück verändert. Arbeitswalzen werden relativ häufig ausgewechselt, um gute Oberflächenbedingungen aufrechtzuerhalten, sie können aber einen Verschleiß von mehr als 0,25 mm (0.01 inch) aufweisen. Zusätzlich zu den Arbeitswalzenabmessungsänderungen verschleißen die Stützwalzen aufgrund der Reibung bei ihrer Berührung mit den Arbeitswalzen. Die Verschleißgrade der Stützwalzen sind zwar viel kleiner als die Verschleißgrade der Arbeitswalzen, die Zeit zwischen Stützwalzenauswechselungen ist jedoch ausreichend größer, so daß der summierte Verschleiß in derselben Größenordnung wie der Arbeitswalzenverschleiß liegen kann.

Diese die Walzenballigkeit beeinflussenden Faktoren erzeugen gemeinsan bei jedem Walzgerüst eine gewisse Wanddickenänderung über der Bandbreite. Die Differenz zwischen der Banddicke in der Nähe des Bandrandes und der Bandmitte wird als "Bandwölbung" bezeichnet. Mit Ausnahme des Walzenverschleißes können sämtliche Faktoren, die die Walzenballigkeit und die Walzendurchbiegung beeinflussen, benutzt werden, um die Bandwölbung zu regeln. Die Walzentemperatur kann durch die Verwendung eines Walzenkühlmittels geregelt werden. Die Durchbiegung kann durch richtige Wahl der Dickenverminderung, die die zugeordnete Walzentrennkraft bestimmt, geregelt werden. Walzenschleifverfahren werden normalerweise so gewählt, daß sie mit der geplanten Walzpraxis kompatibel sind. Schließlich können zusätzliche Walzenbiegesysteme vorgesehen werden, um die effektive Walzenballigkeit zu verändern, indem Biegemomente auf die Arbeitswalzen oder auf die Stützwalzen mit Hydraulikzylindern ausgeübt werden.

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Welche Maßnahme zum Regeln der Walzenballigkeit und der Bandwölbung auch angewandt wird, die Bandwölbungen in aufeinanderfolgenden Walzgerüsten müssen zu im wesentlichen gleicher Verlängerung sämtlicher Elemente des Bandes über dessen Breite führen, da sich sonst später eine Welligkeit ergibt. Eine gleiche Elementverlängerung wird erzielt, wenn sämtliche Bandelemente einen gleichen Prozentsatz an Dickenverminderungen in jedem Walzgerüst empfangen. Die prozentuale Bandwölbung muß also während der aufeinanderfolgenden Dickenvermr'nderungen im wesentlichen konstant gehalten werden.

Diese Konzepte sind im Zusammenhang sowohl mit dem Kaltwalzen als auch mit dem Warmwalzen bekannt. Beim Warmwalzen wird bei den meisten bekannten Verfahren versucht, das Erfordernis des konstanten Prozentsatzes an Dickenverminderung durch geeignete Wahl der Dickenverminderung und der zugeordneten Walzkraft zu erfüllen. Bei diesem Verfahren wird versucht, die thermischen Walzenballigkeitsänderungen in den Arbeitswalzen, das Verschleißprofil in den Arbeitswalzen und Stützwalzen und die Durchbiegung der Arbeitswalzen unter ungleichmäßigen Walzentrennkräften mathematisch nachzubilden. Diese Verfahren versuchen dann, eine Dickenverminderung so zu wählen, daß die Kombination aus Walzenballigkeitsfaktoren und Walzendurchbiegungsfaktoren eine Austrittsbandwölbung erzeugt, die die richtige Beziehung zu der Eintrittsbandwölbung in jedem Walzgerüst hat. In einigen Variationen dieser Strategie werden die Berechnungen auf die letzten drei oder vier Walzgerüste beschränkt.

Diese bekannte Strategie ergibt zwar etwas bessere Ergebnisse als Strategien, bei denen die Eintritts- und Austrittsbandwölbungsbeziehungen nicht berücksichtigt werden, es ist jedoch offensichtlich, daß ohne eine Ebenheitsrückkopplung die Ergebnisse häufig unzuverlässig sein werden. Das heißt, die bekannten Verfahren sind "prädiktiv", weil sie im voraus die erwarteten Ergebnisse eines Walzprogramms berechnen und keine Meßwerte benutzen, um festzustellen, ob tatsächlich die rieh-

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tigei Bandwölbungsbeziehungen erzeugt werden. Die Schwierigkeiten, die einer prädiktiven Lösung eigen sind, können abgeschätzt werden, wenn berücksichtigt wird, daß ein 2,54 mm (0.1 inch) dickes Werkstück, das mit einer Bandwölbung hergestellt worden ist, die 0,0254 mm (0.001 inch) größer ist als eine Wölbung, die unter Bedingungen gleichmäßiger Verlängerung hergestellt wird, ungefähr 0,1% weniger Verlängerung in der Mitte als an den Rändern aufweisen wird. Die zusätzliche Verlängerung am Rand wird eine Randwelligkeit mit einer Amplitude von etwa 20,32 mm (0.8 inch) bei NichtVorhandensein einer Zugspannung erzeugen. Da Ungewißheiten in der tatsächlichen Oberflächenkonfiguration der belasteten Walze häufig 0,0254 mm (0.001 inch) übersteigen werden, ist es klar, daß eine Welligkeit selbst bei dem ausgeklügeltsten prädiktiven Verfahren ohne weiteres auftreten kann.

Bei bekannten Bandwölbungsregelverfahren in Warmbandwalzstraßen ist das Welligkeitsproblem analysiert worden, ohne eine Zugspannung zwischen Walzgerüsten zu berücksichtigen, oder unter der Annahme, daß die Zugspannung zwischen den Walzgerüsten vernachlässigbar ist. Es ist beim Kaltwalzen bekannt, eine beträchtliche Zugspannung zwischen aufeinanderfolgenden Walzgerüsten vorzusehen. Das wird hauptsächlich gemacht, um die Walzkraft zu verringern, die für die gewünschte Dickenverminderung erforderlich ist. Es ist außerdem zu erkennen, daß die Zugspannung zwischen den Walzgerüsten eine Hilfe bei der Ebenheitsregelung darstellt. Die Ausnutzung der relativ hohen Zugspannung zwischen den Walzgerüsten ist beim Kaltwalzen möglich, weil die Elastizitätsgrenzen eines typischen Werkstückes bei oder nahe der Raumtemperatur sehr hoch sind. Die Zugspannungen zwischen den Walzgerüsten können deshalb entsprechend hoch gehalten werden, ohne die Elastizitätsgrenzen des Bandes zu überschreiten und deshalb ohne eine unerwünschte plastische Verformung zwischen den Walzgerüsten zu verursachen.

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Weiter ist es beim Kaltwalzen bekannt, daß ungleichmäßige Zugverteilungen/ die sich aufgrund einer ungleichmäßigen Verlängerung über der Bandbreite ergeben hätten, in einem Ausmaß gedämpft werden, das von der Länge des Berührungsbogens, der Dicke des Werkstückes und den Elastizitätsmodulen des Werkstückes und der Walzen abhängig ist. Davies ("Prediction and Control of Strip Flatness in Cold Rolling", W. E. Davies et al, Metals Technology, Oktober 1975) gibt den folgenden Ausdruck für die Dämpfung A von Walzenballigkeitsfehlern in Gegenwart von Zug an:

1 S
A= 1 ₊ 6-i- - ^

κ
wobei:

1 = Berührungsbogen
h = Austrittsdicke
E = Elastizitätsmodul des Bandes

E = Elastizitätsmodul der Walze. ti.

In dieser Beziehung sind die Zugspannungseinflüsse zwischen den Walzengerüsten beim Warm- und Kaltwalzen ähnlich. Die Tatsache, daß die Zugspannung zwischen den Walzgerüsten diesen Ebenheitskorrektureffekt beim Warmwalzen hat, ist vermutlich vernachlässigt worden, weil (1) allgemein angenommen worden ist, daß die Zugspannungswerte zwischen den Walzgerüsten beim Warmwalzen vernachlässigbar sind, und weil (2) unkorrekt angenommen worden ist, daß der Elastizitätsmodul des Werkstückes bei Walζtemperaturen zu niedrig ist, um Zugspannungsprofile nennenswert zu beeinflussen.

Darüber hinaus haben beim Warmwalzen bekannte Versuche, mit anderen als minimalen Zugspannungen zwischen den Walzgerüsten zu arbeiten, die nicht ausreichen, um irgendeinen merklichen Einfluß auf die Bandebenheit zu haben, zu unbeständigen und manchmal äußerst unzufriedenstellenden Ergebnissen geführt. Weil die Faktoren, die die plastische Verformung zwischen den Walzgerüsten beeinflussen, nicht ausreichend ver-

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standen worden sind, haben die Ergebnisse dieser bekannten Versuche so variiert, daß in einigen Fällen keine nennenswerte Auswirkung beobachtet wurde, während es in anderen Fällen zu starken Verminderungen in der Breite oder zur Querschnittsverminderung kam. In extremen Fällen war die plastische Verformung zwischen den Walzgerüsten so drastisch, daß es zum Bruch des Bandes kam.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Benutzen der Zugspannung zwischen den Walzgerüsten als aktiven Ebenheitsregelparameter in einer Warmmetallwalzstraße zu schaffen.

Weiter soll ein Verfahren zur Ebenheitsregelung in einem Warmmetallwalzprozeß geschaffen werden, bei dem relativ hohe, geregelte Zugspannungen zwischen den Walzgerüsten benutzt werden, die in Abhängigkeit von bestimmbaren Werkstückkenndaten gewonnen werden.

Ferner soll ein Verfahren zur Ebenheitsregelung in einer Warmmetallwalzstraße geschaffen werden, das mit einer beträchtlichen Zugspannung zwischen den Walzgerüsten in einer geregelten und vorhersagbaren Weise arbeitet.

Das vorstehende Ziel und weitere Merkmale werden gemäß dem Verfahren nach der Erfindung erreicht, das die Hauptprobleme überwindet, die mit der Verwendung von hohen Zugspannungen zwischen den Walzgerüsten in Verbindung stehen, und eine wirksame und regelbare Technik zum Verbessern der Bandebenheit in Warmbandwalzstraßen schafft. Im wesentlichen bestimmt die Erfindung zuerst eine akzeptable Werkstückbreitenverminderung aufgrund plastischen Fließens zwischen jedem Paar Walzgerüsten. Basierend auf (a) der akzeptablen Breitenverminderung, (b) der anfänglichen Bandbreite, (c) der Transportzeit zwischen jedem Paar Walzgerüsten und (d) einer angenorrmenen Beziehung zwischen Quer- und Längsstreckung oder -dehnung werden Längs-

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streckungs- oder -dehnungsgeschwindigkeiten berechnet. Diese Dehnungsgeschwindigkeiten werden dann benutzt, um zulässige Zugspannungsw_rte aus gespeicherten Beziehungen zwischen Spannung und Dehnungsgeschwindigkeit für die betreffende Materialqualität und für die mittlere Temperatur in jedem Zwischenraum zwischen den Walzgerüsten auszuwählen. Die ausgewählten Zugspannungen werden in eine Zugkraft zwischen den Walzgerüsten umgewandelt und als Bezugswerte einem in herkömmlicher Weise gespeisten Regelsystem für die Zugspannung zwischen den Walzgerüsten zugeführt.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Spannungswerte zwischen den Walzgerüsten als lineare Funktionen des Logarithmus der Dehnungsgeschwindigkeit für repräsentative Betriebstemperaturen und für Materialgruppen mit ähnlichen Zugspannungs-Dehnungsgeschwindigkeitskennlinien gespeichert. Vorzugsweise werden die Spannungswerte reduziert, um ein gewisses Ausmaß an Zugspannungsungleichmäßigkeit zu kompensieren, da eine ungleichmäßige Zugspannung mehr Breitenverminderung als eine gleichmäßige Zugspannung erzeugt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung

einer Warmbandwalzstraße, in der die Erfindung angewendet werden kann,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Wechselwirkung zwischen der Zugspannungsverteilung und der Walzkraftverteilung zwischen den Walzgerüsten,

Fig. 3 schematisch die Beziehung zwischen der Zugspannungsverteilung zwischen den Walzgerüsten und dem plastischen Fließen zwischen den

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Walzgerüsten,

Fig. 4 ein Diagramm, in welchem die Spannung über

dem Logarithmus der Dehnungsgeschwindigkeit für ein Metallband aufgetragen ist, das unter gleichmäßiger Zugspannung über seiner Breite steht,

Fig. 5 ein Diagramm, in welchem die Bandbreitenverminderung in Prozent über der Zugspannung bei einer Walzaustrittsgeschwindigkeit des Bandes von 609,6 m/min (2,000 foot per minute) für ein gleichmäßiges Bandzugspannungsprofil aufgetragen ist,

Fig. 6 ein Diagramm der Zugspannung in dem Band über

der Breite des Bandes, wenn die Mitte des Bandes unter größter Zugspannung steht,

Fig. 7 ein Diagramm der Zugspannung in dem Band über

der Breite des Bandes, wenn die Ränder des Bandes unter größter Zugspannung stehen,

Fig. 8 ein Diagramm der Bandbreitenverringerung in

Prozentüber der Zugspannung bei einer WaIzaustrittsgeschwindigkeit des Bandes von 609,6 m/min (2,000 foot per minute) für verschiedene Bandzugspannungsprofile,

Fig. 9 ein Diagramm der Bandspannung über der Gerüstlage, in welchem ein typischer bekannter Zugspannungswert und ein Zugspannungswert nach der Erfindung aufgetragen sind, und

Fig. 10 ein Blockschaltbild, das die Methodik der Erfindung und ihre Implementierung in einer

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Warmbandwalzstraße zeigt.

In einer Warmbandwalzstraße erfolgen die ersten Verminderungen der Dicke einer Metalltafel in einer Gruppe von Tandemwalzgerüsten, die gemeinsam als Vorwalzstraße bezeichnet werden. Fig. 1 zeigt in stark vereinfachter Form das letzte Gerüst R-, einer Vorwalzstraße 10 zusammen mit anderen Teilen in einer Warmbandwalzstraße. Wenn die Tafel aus dem Gerüst R^ austritt, bewegt sie sich über einen Walztisch 12 zu einer Fertigwalzstraße 20, die aus einer Tandemanordnung von Walzgerüsten F1, F2, F3, F4, F5, F6 und F7 besteht. Die letzten Verminderungen in der Dicke erfolgen in der Fertigwalzstraße 20, um ein Metallband 22 zu erzeugen, das beispielsweise eine Länge von 305 m (1,000 feet) oder mehr, eine Breite von 0,61 bis 2,1 m (2-7 feet) und eine Dicke von 1,27 bis 12,7 mm (0.05-0.5 inch) haben kann.

Als ein typisches Beispiel sei angegeben, daß das Band 22 während seines Durchlaufes durch die Vorwalzstraße 10 und die Fertigwalzstraße 20 von seiner Anfangstemperatur von etwa 1204 ⁰C (2200 °F) allmählich abgekühlt wird. Wenn das Band 22 das Gerüst F7 erreicht, hat es sich auf etwa 871 °C (1600 ⁰F) bis 9 27 °C (1700 ⁰F) abgekühlt. Wenn das Band 22 aus dem letzten Gerüst F7 in der Fertigwalzstraße 20 austritt, überquert es einen Kühl- oder Auslauftisch 24, bevor es durch eine Haspel 26 aufgewickelt wird. Der Bandzug während des Aufwickelvorganges wird durch zwei Klemmwalzen 28, 30 aufrechterhalten, die an dem Haspelende des Aus lauf tisch=;s 24 angeordnet sind.

Gemäß Fig. 1 hat jedes Gerüst in der Fertigwalzstraße 20 eine obere Arbeitswalze 40 und eine untere Arbeitswalze 42. Eine obere und eine untere Stützwalze 44 bzw. 46 werden während des Walzvorganges gegen die obere und die untere Arbeitswalze' 40 bzw. 42 gepreßt, um eine übermäßige Verwindung der Arbeitswalzen 40, 42 zu verhindern. Diese Konfiguration wird

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als Quartowalzwerk bezeichnet. Jedes Walzgerüst hat Walzeneinstellschrauben 48 zum Regulieren der Öffnung zwischen der oberen und der unteren Arbeitswalze 40, 42. Die Walzen jedes Walzgerüstes werden durch unabhängig regelbare Elektromotoren mit Motorregeleinrichtungen, die alle schematisch mit der Bezugszahl 50 bezeichnet sind, gedreht. Durch Antreiben der Motoren 50 mit voneinander verschiedenen Drehzahlen kann die Zugspannung, die auf ein durch die Fertigwalzstraße 20 hindurchgehendes Band 22 ausgeübt wird, geregelt werden. Üblicherweise ist in einem modernen, automatisierten Walzwerk die Bestimmung der einzelnen Motordrehzahlen (Walzdrehzahlen) das Ergebnis von Berechnungen, die durch einen geeigneten Rechner. 51 (beispielsweise einen der Honeywell 4000 Serie) ausgeführt werden. Für die Berechnungen werden verschiedene Parameter des Bandes selbst (beispielsweise seine Zusammensetzung, Größe, Temperatur, usw.) sowie Betriebsparameter des Walzwerkes (beispielsweise die Walzkraft, die Dickenverminderung, usw.) in bekannter Weise benutzt. Als ein Beispiel wird auf das Computerregelpatent verwiesen. Die Steuerverbindung zwischen den Motoren und ihren Regeleinrichtungen 50 sowie dem Rechner 51 ist schematisch durch einen Bus 49 dargestellt.

Ein Metallfühler 52 ist in kurzer Entfernung stromaufwärts des ersten Walzgerüstes F1 angeordnet. Der Metallfühler 52 ist oberhalb des Walztisches 12 angeordnet und fühlt den Anfang und das Ende eines Bandes 22 ab, wenn diese sich dem ersten Walzgerüst F1 nähern. Der Metallfühler 52 erzeugt ein Signal, das über eine Leitung 53 zu dem Rechner 51 geschickt wird. Ein ümwalzer (looper) 54 ist in der Mitte zwischen jeweils zwei Walzgerüsten angeordnet und mit der Unterseite eines Bandes 22 während dessen Durchgangs durch die Fertigwalzstraße 20 in Berührung. Die ümwalzer 54 stehen mit dem Rechner 51 über eine Leitung 55 in Verbindung. Die ümwalzer 54 dienen zum Aufrechterhalten einer gewünschten Bandschleife zwischen den Walzgerüsten sowie einer gewünschten voreingestellten Zugspannung. Die ümwalzerpositionen werden durch Verstellungen

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der Drehzahlen von benachbarten Arbeitswalzen aufrechterhalten. Die Bandzugspannung wird durch den Umwalzer und die Bandgeometrie und durch den Umwalzernachsteuermotorstrcm festgelegt. Stattdessen kann ein geeigneter Zugspannungsmesser in bekannter Weise benutzt werden, um die Zugspannung zwischen den Walzgerüsten abzufühlen und die erforderlichen Rückführungssignale zu liefern.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eires Metallbandes 22, wie es während seines Durchlaufes durch die Fertigwalzstraße 20 verformt wird. Der Übersichtlichkeit halber ist nur die untere Arbeitswalze 42 geneigt. Unter normalen Walzbedingungen sind die Arbeitswalzen 40, 4 2 Walzentrennkräften zwischen 4903 und 29420 kN (500-3,000 tons) ausgesetzt. Die Arbeitswalzen 40, 42 sind auf ihrer gesamten Länge durch die Stützwalzen 44, 46 abgestützt, um eine übermäßige Biegung zu verhindern. Obgleich die sich ergebende Walzenanordnung relativ steif ist, erzeugen die großen Walzentrennkräfte Walzendurchbiegungen, die im Vergleich zu der Dicke des Bandes, das gewalzt wird, beträchtlich sind. Da die Stützwalzen 44, 46 nur an ihren Enden durch die Walzeneinstellschrauben 48 abgestützt sind, sind die Durchbiegungen in der Nähe der Mitte des Werkstückes größer als in der Nähe des Randes des Werkstückes. Typischerweise sind die Arbeitswalzen 40, 42 so profiliert, daß sie in der Mitte ihrer Länge einen etwas größeren Durchmesser als an ihren Enden haben, wodurch versucht wird, die erwarteten Walzendurchbiegungen zu kompensieren. Weiter verursacht die kombinierte Wirkung des Walzenkühlwassers, das über die volle Länge der Arbeitswalzen 40, 4 2 verteilt wird, und der von dem Band 22 abgestrahlten Wärme eine relativ stärkere thermische Ausdehnung in der Mitte der Länge der Walzen 40, 42 als an den Enden der Walzen 40, 42. Diese Wärmeausdehnung wird durch die Länge des Walzberührungsbogens, die Temperatur des Bandes 22, die Temperatur der Walzen 40, 42, die Temperatur des Kühlwassers, die Walzgeschwindigkeit und die Breite des Bandes 22 neben anderen Faktoren

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beeinflußt. Die effektive Walzenballigkeit wird weiter durch den Oberflächenverschleiß der Arbeitswalzen 40, 42 beeinflußt, der ebenfalls ungleichförmig ist und durch viele unvorhersagbare Faktoren beeinflußt wird. Die Stützwalzen 44, 46 verschleißen langsamer als die Arbeitswalzen 40, 42, die Stützwalzen 40, 46 werden aber langer in dem Walzgerüst gelassen und erfahren insgesamt einen Verschleiß, der mit dem der Arbeitswalzen 40, 42 vergleichbar ist. Es sind zwar bereits mathematische Modelle zur Berechnung der thermischen Walzenballigkeiten vorgeschlagen worden, keines dieser Modelle ist jedoch in Gegenwart der unmeßbaren Änderungen in vielen der Einflußfaktoren völlig wirksam gewesen.

Sämtliche vorstehenden Faktoren erzeugen gemeinsam eine Dickenänderung über der Breite des Bandes 22, wenn das Band 22 zwischen den Arbeitswalzen 40, 42 in seiner Dicke vermindert wird. Es ist bekannt, daß die Wölbung, die dem Band 22 gegeben wird (Bandwölbung oder "strip crown"), wenn das Band 22 aus den Arbeitswalzen 40, 42 austritt, eine spezifische Beziehung zu der Bandwölbung beim Eintritt in die Arbeitswalzen 40, 42 haben muß, wenn eine gute Bandebenheit aufrechterhalten werden soll. Insbesondere muß der Prozentsatz an Bandwölbung in jeder Stufe der Banddickenverringerung in der Warmbandwalzstraße von der Anfangsdicke bis zur Enddicke ungefähr konstant gehalten werden. In den Gerüsten am Anfang ist eine gewisse Abweichung von einer konstanten Wölbung in Prozent zulässig, wobei das Ausmaß der Abweichung von der Dicke, der Breite und der Temperatur des Bandes 22 abhängig ist. In den Gerüsten am Ende, insbesondere wenn dünne, breite Bänder gewalzt werden, ist eine sehr geringe Abweichung von einer konstanten Wölbung in Prozent zulässig.

Die Zugspannung zwischen den Walzgerüsten kann, wie weiter oben dargelegt, die Bandebenheit in einem Walzwerk durch Wechselwirkung mit Walzenspaltkräften verbessern. Beim Warmwalzen wird die Wechselwirkung zwischen Walzenspaltkraft und Zugspannung durch zwei zusätzliche Mechanismen ergänzt, die dem

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Fließen zwischen den Walzgerüsten zugeordnet sind.

Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen der Zugkraft zwischen den Walzengerüsten und den Walzkraftprofilen, wenn die Walzenspaltkonfiguration so ist, daß mehr Verlängerung in der Werkstückmitte als an den Werkstückrändern erzeugt wird. In Gegenwart einer Zugspannung zwischen den Walzgerüsten wird dieser Zustand die Zugspannung in der Werkstückmitte verringern und die Zugspannung an den Werkstückrändern vergrößern, wie durch die Pfeile 58 dargestellt. Da das Werkstück nachgibt^ wenn die kombinierte Spannung gleich der Streckspannung ist, wird das Zugspannungsprofil das durch die Pfeile 57 dargestellte ungleichmäßige Kraftprofil erzeugen. Die höhere Walzentrennkraft in dem mittleren Gebiet des Werkstückes wird mehr Walzenverformung erzeugen als in den Gebieten, die den Werkstückrändern entsprechen. Als Ergebnis dessen wird die Werkstückwölbung vergrößert und d? τ Verlängerung in der Werkstückmitte wird im Vergleich zu der, die bei NichtVorhandensein der Zugspannung aufgetreten wäre, verringert. Die geringere Verlängerung ist in Fig. 2 durch eine Abmessung AL dargestellt, wobei die gestrichelte Linie den Zustand zeigt, der bei Nichtvorhandensein der Zugspannung zwischen den Walzgerüsten aufgetreten wäre. Das gleicht dem, was sich beim Kaltwalzen ergibt, wie weiter oben dargelegt.

Die vorstehenden Darlegungen zeigen, daß der mittlere Zugspannungswert zwischen den Walzgerüsten bedeutsam ist,- da eine höhere Zugspannung größere Zugspannungsdifferenzen zuläßt, bevor irgendein Element der Werkstückbreite auf null Zugspannung abfällt und offensichtliche Welligkeit auftritt.

In dem Werkstückverhalten zwischen den Walzgerüsten werden die Unterschiede zwischen Warm- und Kaltwalzen am bedeutsamsten. Das Fließen zwischen den Walzgerüsten in Gegenwart von Zugspannung tritt beim Kaltwalzen nicht auf, kann aber beim Warmwalzen bedeutsam sein. Dieses Fließen zwischen den Walz-

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gerüsten beeinflußt die Breite, was im allgemeinen als unerwünscht angesehen wird, während es zwei vorteilhafte Einflüsse auf die Ebenheit hat. Fig. 3 zeigt diese Wirkungen. Es werde ein Bandelement betrachtet, das eines von zwei Walzgerüsten mit übermäßiger Verlängerung verläßt, wie es durch den Abschnitt 56 gezeigt ist. Die Zugspannung an den Werkstückrändern würde größer als auf der Mittellinie sein, wobei die Zugspannungsverteilung die durch die Pfeile 60 dargestellte Form annimmt. Während des Zeitintervalls, in welchem der Werkstückabschnitt sich von einem ersten zu einem zweiten der Gerüstpaare vorwärts bewegt, kommt es in dem gesamten Werkstückabschnitt zu einem Fließen oder Kriechen, wobei es in den Gebieten der Abschnitte, die unter größerer Zugspannung stehen, zu einem stärkeren Fließen kommt. Wenn das Werkstückelement an dem zweiten Walzgerüst ankommt, ist es an seinen Rändern mehr als in seiner Mitte verlängert worden und die Bedingungen, die sonst zur Welligkeit geführt hätten, sind somit teilweise kompensiert worden, wie es an der Stelle 61 gezeigt ist, an der die gestrichelten Linien wieder den Zustand bei NichtVorhandensein einer Zugspannung zeigen.

Es ist zwar in Fig. 3 nicht gezeigt, es ist jedoch klar, daß die Randgebiete des Werkstückes in diesem Beispiel nicht nur eine stärkere Verlängerung als die mittleren Gebiete erfahren haben, sondern daß außerdem die Randdicke mehr als die Dicke in der Mitte verringert worden ist und daß das Querfließen oder die Breitenverminderung in den Randgebieten größer als in den mittleren Gebieten sein wird.

Der Dickenänderungseinfluß der Zugspannungsdifferenz zwischen den Walzgerüsten bewirkt weiter eine Verstärkung des in Fig. gezeigten Walzenkraftprofils. Die größere Verminderung der Randabmessung vermindert die relative Verminderung und die zugeordnete Walzentrennkraft in den Randgebieten, was die oben beschriebene Wirkung des Zugepannungsprofils unterstützt.

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Ein quantitatives Verständnis dieser Erscheinungen erfordert die Kenntnis des "Kriech"- oder Dehnungsgeschwindigkeitsverhaltensdes Werkstückes bei Walζtemperaturen und praktischen Zugspannungswerten zwischen den Walzgerüsten. Das Journal of Applied Mechanics, Juni 1941, "High-Speed Tension Tests at Elevated Temperatures - Parts II und III", von Nadai et al gibt einige Daten für Flußstahl an. Zusätzliche Laborergebnisse, die durch die Anmelderin erzielt worden sind, stimmen mit c¹ en früher veröffentlichten Ergebnissen allgemein überein, überdecken aber einen breiteren Bereicli von Werkstoffen.

Fig. 4 zeigt typische tatsächliche experimentelle Ergebnisse für Flußstahl bei Temperaturen von 927 °C (1700 °F) und 982 ⁰C (1800 F). Diese Daten können als eine logarithmische-lineare Gleichung ausgedrückt werden. Für Spannungen in dem Bereich von 6,89 bis 68,9 MPa (1000 - 10,000 psi) kann die Beziehung zwischen der Spannung und der Dehnungsgeschwindigkeit (d.h. der zeitlichen Änderung der Dehnung) als eine logarithmischelineare Gleichung folgender Form ausgedrückt werden:

(1) Cf= K₁ + K₂ ln(e)
wobei

tf = Spannung in MPa (psi)

e = Dehnungsgeschwindigkeit (strain-rate)

in mm/mm/s (in/in/sec)

K₁ SK= Konstanten, die den Abschnitt und die Steigung der Gleichung für einen besonderen Werkstoff bei einer besonderen Temperatur darstellen.

Beispielsweise lautet für Flußstahl bei 927 °C (1700 ⁰F) und in dem Gebiet von 1% Dehnung die Beziehung ungefähr: (2) <3=7O,3 + 7,6 ln(e) (^= 10200 + 1 100 ln(e)) Für Flußstahl bei 982 °C (1800 ⁰F) lautet die Beziehung ungefähr:

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(3) (T= 59,3 + 7,2 ln(e) (^= 8600 + 1040 ln(e)).

Experimentelle Daten für die Werte von K. und K~ sind für einen Bereich von Temperaturen und Werkstoffen entwickelt worden und diese Daten können in jeder metallurgischen Versuchsanlage durch bekannten Methoden, wie sie in dem oben zitierten Aufsatz von Nadai et al angegeben sind, dupliziert werden.

Die Beziehungen können in einem Rechner (d.h. dem Rechner in Fig. 1) in jeder geeigneten Form gespeichert werden, beispielsweise als Tabellen oder als Gleichungen, wie sie oben angegeben sind.

Die Gleichungen (1), (2) und (3) beschreiben die Beziehung zwischen der Spannung und der Axialdehnungsgeschwindigkeit für Zustände axialer Zugspannung. Es ist erforderlich, daß diese Information mit Breitenverringerungen für verschiedene interessierende Zustände korreliert wird. Eine Annahme kann dahingehend getroffen werden, daß für kleine Dehnungen zwischen den Walzgerüsten die Breitenverminderung in Prozent und die Dickenverminderung in Prozent jeweils halb so groß wie die Längenzunahme in Prozent sind. Das ist eine vernünftige Annahme, weil das Poisson'sche Verhältnis, das Verhältnis von Querdehnung zu Axialdehnung, sich 1/2 nähert, da das Volumen bei der plastischen Verformung im wesentlichen konstant bleibt. Nachdem so die Beziehung zwischen der Axialzugspannung und der Querdehnungsgeschwindigkeit bestimmt worden ist, kann die Breitenverringerung in Prozent aufgrund der Axialzugspannung ebenfalls bestimmt werden.

Fig. 5 ist aus der Gleichung (2) abgeleitet und zeigt ein Diagramm der Breitenverringerung in Prozent zwischen WaIzgerüsten über der mittleren Zugspannung zwischen den Walzgerüsten für eine mittlere Temperatur zwischen den Walzgerüsten von 9 27 ⁰C (1700 ⁰F) und einer Laufzeit, die einer

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Werkstückgeschwindigkeit von 609,6. m/min (2,000 feet per minute) entspricht. Für das Aufzeichnen der Kurve von Fig. ist angenommen worden, daß die Walzgerüste einen bekannten konstanten gegenseitigen Abstand haben und daß die über der Breite des Bandes 22 ausgeübte Zugspannung gleichmäßig ist. Ein beträchtliches Problem ist jedoch vorhanden, weil es schwierig, wenn nicht unmöglich, ist, eine gleichmäßige Zugspannung über der Breite des Bandes unter Betriebsbedingungen von Tag zu Tag zu erreichen. Es ist deshalb notwendig, die Auswirkung von ungleichmäßigen Zugspannungen auf die Breitenverminderung zu bestimmen, bevor hohe Zugspannungswerte zwischen den Walzgerüsten wirksam eingesetzt werden können. Die Fig. 6 und 7 zeigen die Zustände "starke Mittenbelastung"bzw. "starke Randbelastung" eines typischen Bandes 22, das auf einer Warmbandwalzstraße gewalzt wird. Die Verteilungen sind parabolisch angenommen worden und die Darstellungen zeigen, daß bei einem Band, das mit einer mittleren Zugspannung von 20,7 MPa (2000 psi) und unter größter Zugspannung in seiner Mitte gewalzt wird, die maximale Zugspannungsdifferenz, die zugelassen werden kann, bevor eine Welligkeit auftritt, 20,7 MPa (3000 psi) beträgt. Welligkeit wird in einem Band, das gewalzt wird, immer dann auftreten, wenn die Zugspannung in einem Teil des Bandes auf null abfällt. Fig. 7 zeigt, daß bei einem Band, das mehr Zugspannung an seinen Rändern als in seiner Mitte hat, eine maximale Zugspannungsdifferenz von 41,4 MPa (6000 psi) zulässig ist, bevor eine Welligkeit auftritt.

Die Wichtigkeit dieser Kurven wird deutlich, wenn die Breitenverminderung für ein bestimmtes Band unter verschiedenen Zugbelastungen untersucht wird. In Fig. 8 ist eine Schar von Kurven für eine bestimmte Qualität von Bandstahl bei 927 ⁰C (1700 ⁰F) und unter drei unterschiedlichen Zugbelastungen aufgetragen: gleichmäßige Belastung, starke Randbelastung und starke Mittenbelastung. Es ist angenommen worden, daß das Band mit einer GeschwzndigkeiL von 609,6 m/min(2000 feet per minute)

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gewalzt wird und daß die Walzgerüste eine bekannte konstante Strecke voneinander entfernt sind. Weil die Temperatur des Bandes abnimmt, wenn es durch das Walzwerk hindurchgeht, ist eine Temperatur von 9 27 °C (1700 ⁰F) ungefähr gleich der Temperatur in einer typischen Bandwalzstraße in dem letzten Zwischenraum zwischen den Walzgerüsten.

Die Kurven von Fig. 8 für die Bedingungen mit starker Mittenbelastung und starker Randbelastung sind aus dem Fall mit gleichmäßiger Breitenverminderung, beispielsweise durch Integration in Teilen, gewonnen worden. Gemäß diesem Verfahren wird die Breitenverminderung in Prozent jedes Elements des Bandes aufgrund der örtlichen Zugspannung aus einer Kurve, die der von Fig. 5 yleicht, für den besonderen Werkstoff und die betreffende Temperatur berechnet. Die berechnete Breitenverminderung in Prozent in diesem besonderen Element wird mit der Breite dieses Elements multipliziert. Die Berechnung wird für alle anderen Elemente über der Breite des Bandes jeweils wiederholt und eine Schar von Kurven wie die in Fig. 8 kann aufgezeichnet werden. Die so aufgezeichneten Kurven können in Tabellenform gespeichert oder wieder in logarithm!sche-lineare Beziehungen, wie die von Gleichung (1), zurückverwandelt werden. Beispielsweise wird Flußstahl in dem Gebiet von 1% Dehnung und unter Bedingungen einer starken Mittenbelastung ungefähr folgende Beziehung ergeben:

(4) <f = 54 + 5,5 in (e) , bei 927 °C (C = 7830 + 800 In (e) , bei 1700 ⁰F).

Verschiedene Beziehungen, wie die der Gleichungen (2), (3) und (4) können durch den Rechner 51 berechnet und gespeichert werden.

Drei Aspekte dieser Beziehungen sind von besonderem Interesse. Erstens, es gibt ein ausgeprägtes "Knie" in diesen Kurven, oberhalb welchem die Dehnung mit der Zugspannung steil ansteigt. Zweitens, die zulässigen Spannungswerte fallen schnell ab, wenn stromabwärtige Gerüste erreicht werden, und zwar auf-

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grund der kombinierten Auswirkungen von zunehmender Temperatur und zunehmender Laufzeit zwischen den Walzgerüsten. Der dritte Aspekt bezieht sich auf die Annahme einer gleichmäßigen Zugspannung. Alle ungleichmäßigen Zugspannungsverteilungen erzeugen größere Breitenverminderungen als gleichmäßige Zugspannungsverteilungen wegen der nichtlinearen Beziehung zwischen Spannung und Dehnungsgeschwindigkeit. Weil die Zugspannungsverteilung bei starker Randbelastung eine extremere Spannungskonzentration als der Zustand mit starker Mittenbelastung erzeugt, kann die entsprechende Breitenverminderung wesentlich größer sein. Beispielsweise zeigt bei einer mittleren Zugspannung von 20,7 MPa (3000 psi) eine gleichmäßige Zugspannungsverteilung nur eine Breitenverminderung von 0,04%, während eine Zugspannungsverteilung bei starker Mittenbelastung eine Breitenverminderung von 0,07% zeigt. Eine Zugspannungsverteilung bei starker Randbelastung zeigt jedoch eine Breitenverminderung von 0,56%. Wenn ein Band unter Bedingungen starker Randbelastung gewalzt wird und den Zugspannungen zwischen den Walzgerüsten gestattet wird, sogar bis in den Bereich von 20,7 MPa (3000 psi) zu reichen, sind selbstverständlich Breitenverminderungen von 1% oder mehr möglich. Auf der Basis der vorstehenden Erscheinung, die bis zum Prioritätstag der vorliegenden Erfindung nicht verstanden worden ist, wenigstens in dem Zusammenhang mit dem Warmbandwalzstraßenbetrieb, bestand die Praxis bei einer Warmbandwalzstraße darin, die Zugspannungswerte zwischen den Walzgerüsten auf die Größenordnung von maximal 10,3 MPa (1500 psi) zu verringern, um durch Zugspannung hervorgerufene Probleme zu vermeiden. Anders ausgedrückt, bei Fehlen eines klareren Verständnis für die Beziehungen des plastischen Fließens zwischen den Walzgerüsten bestand die einzige zuverlässige Maßnahme darin, die Zugspannung zwischen den Walzgerüsten auf Werte zu verringern, die eine akzeptable Verminderung unter den ungünstigsten Kombinationen aus Zugspannungsverteilung, Temperatur und Walzgeschwindigkeit ergeben. Infolgedessen sind die eine Ebenheit erzeugenden Mechanismen, die das Vorhandensein von hoher Zugspannung zwischen den Walzgerüsten

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erfordern, im wesentlichen ungenutzt geblieben.

Die Erfindung schafft eine Technik zum Berechnen der optimalen Zugspannungswerte zwischen den Walzgerüsten für die Bedingungen, die in jedem Zwischenraum zwischen den Walzgerüsten existieren, und zum Regeln der Vorrichtungen zum Regulieren der Zugspannung zwischen den Walzgerüsten, um die berechneten optimalen Zugspannungswerte zu erzeugen. Im wesentlichen wird eine akzeptable Breitenverminderung eines Bandes 22 aufgrund von zwischen Walzgerüsten ausgeübter Zugspannung ausgehend von vorbestimmten Überlegungen angestrebt. In einer typischen Warmbandwalzstraße könnte eine akzeptable Breitenverminderung von dem Walzgerüst F1 bis zu dem Walzgerüst F7 12,7 mm (0.5 inch) betragen. Da der Walzprozeß das Band 22 etwa 6,4 mm (0.25 inch) erweitern könnte, könnte die akzeptable Gesamtbreitenverminderung, die durch Zugspannung hervorgerufen wird, von dem Walzgerüst F1 bis zu dem Walzgerüst F7 etwa 19,1 mm (0,75 inch) betragen. Die durch Zugspannung hervorgerufene Verminderung verteilt sich über die Zwischenräume zwischen den Walzgerüsten, wobei die letzteren Walzgerüste begünstigt werden, in denen die Fehler der Dehnung in Prozent und die Ebenheitsprobleme am störendsten sind. Eine typische Verteilung der durch Zugspannung hervorgerufenen Breitenverminderung könnte, beispielsweise, 50% in dem Zwischenraum zwischen den Walzgerüsten F6 und F7, 30% in dem Zwischenraum zwischen den Walzgerüsten F5 und F6 und 20% in dem Zwischenraum zwischen den Walzgerüsten F4 und F5 betragen. Zugspannungswerte stromaufwärts des Walzgerüstes F4 würden auf ihren normalen, niedrigen Werten bleiben.

Die Walzgeschwindigkeiten und Walztemperaturen werden vor der Ankunft des Werkstückes an der Fertigwalzstraße 22 bestimmt. Das Computerregelpatent beschreibt eine solche Technik. Für ein typisches Stahlwerkstück, das das letzte Walzgerüst F7 verläßt, werden die Walzgeschwindigkeiten 305 bis 914 m/min (1000 - 3000 feet per minute) betragen und die entsprechenden

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Temperaturen werden von 871 ⁰C (1600 °F) bis 9 27 ⁰C(1700 ⁰F) reichen. Die Laufzeiten für den Zwischenraum F6-F7 betragen typischerweise 0/5 bis 1,5 s. Für jeden Zwischenraum zwischen den Walzgerüsten können die Werte für die Temperatur des Werkstückes, das in diesen Zwischenraum eintritt, und die Werkstückgeschwindigkeit beim Durchqueren dieses Zwischenraums durch den Rechner 51 berechnet und gespeichert werden.

Ein weiteres Ziel der WalzprogrammbeRechnung besteht darin, eine ungefähr gleichmäßige Verlängerung in den aufeinanderfolgenden Verminderungen zu erzielen. Ein Verfahren zum Erreichen dieses Ziels durch geeignete Auswahl von Bandverminderungen ist in dem Formregelpatent beschrieben. Durch den Rechner berechnete Verminderungsprogramme unter Verwendung dieser oder ähnlicher Strategien können(extreme) Zugspannungsverteilungen bei starker Randbelastung vermeiden. Manuell gesteuerte Operationen können bei der Vermeidung unerwünschter Zugspannungsverteilungen nicht angewandt werden.

Das Dickenverminderungsprogramm und/oder Walzbiegetechniken werden gewöhnlich so angewandt, daß eine gewünschte Zugspannungsverteilung erzeugt wird. Durch Abweichen (erring) in der Richtung von Bedingungen mit starker Mittenbelastung werden übermäßig hohe örtliche Zugspannungen vermieden.

Mittlere Zugspannungswerte sind für jede Lage zwischen den Walzgerüsten berechnet worden. In Fig. 9 sind typische herkömmliche Zugspannungswerte zwischen den Walzgerüsten durch die mit "A" bezeichnete Linie dargestellt. Diese Zugspannungswerte zwischen den Walzgerüsten F1 und F2 betragen ungefähr 3,4 MPa (500 psi) und steigen auf ungefähr 7,2 MPa (1050 psi) zwischen den Walzgerüsten F6 und F7 an. Die gegenwärtig verfügbare Walzwerksregelausrüstung hält die Zugspannung in dem Band automatisch auf vorgewählten niedrigen Werten, wie sie in Fig. 9 gezeigt sind. Zugspannungen, die gemäß der Erfin-

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dung berechnet worden sind und benutzt werden, werden in den Bereich fallen, der durch das schraffierte Gebiet dargestellt ist, welches durch die Kurven C und D in Fig. 9 begrenzt wird.

Fig. 10 zeigt in Form eines Blockschaltbildes die Technik, durch die Zugspannungswerte gemäß der Erfindung berechnet werden und durch die die Warmbandwalzstraße geregelt wird, um die erwünschten Ebenheitseigenschaften in einem Band 22 zu erreichen. Der Rechner 51 ist im Umriß dargestellt. Als Teil des Rechners 51 bestimmt eine Recheneinheit 62 die maximal zulässige bezogene Breitenverminderung ( AW/W) auf der Basis einer vorbestimmten zulässigen Breitenänderung AW. Eine Recheneinheit 64 bestimmt die maximal zulässige Längenzunahme ( AL/L) auf der Basis der Gleichung: (5) AL/L = 2 (AW/W) .

Wenn die Eigenschaften des gewalzten Werkstoffes, seine Temperatur und seine Walzgeschwindigkeit bekannt sind, kann die Axialdehnungsgeschwindjgkeit e aus folgender Gleichung be-

stimmt werden:

,,. . _ 2 ( AW/W) _ ( AL/L)

^{b) a ~ t ~ t

t = Zeit, die ein Punkt auf dem Band benötigt, um den Zwischenraum zwischen den Walzgerüsten zu durchqueren.

Die Gleichung (6) wird durch die Recheneinheit 66 gelöst.

Auf der Basis des Wertes von έ , der durch die Recheneinheit

el

66 berechnet worden ist, löst eine Recheneinheit 68 eine Gleichung wie die Gleichung (1), um die Axialspannung zu berechnen. Die Recheneinheit 68 kann im voraus für verschiedene Werte von K₁ und K₂ in Abhängigkeit von den Eigenschaften des besonderen Werkstoffes, der gewalzt wird, seiner Temperatur, seines Dehnungswertes, usw., programmiert werden. Im Kern können Gleichungen (2), (3), (4) und weitere ähnliche geeignete

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Gleichungen für alle erwarteten Betriebstemperaturen und Werkstoffe entwickelt werden, und die Gleichungen oder die äquivalenten Tabellen können in dem Rechner 51 gespeichert werden. Demgemäß wird während des Walzens eines besonderen Bandes 22 die Recheneinheit 68 nur die richtige gespeicherte Beziehung auszuwählen haben, um die Axialspannung in Abhängigkeit der Axialdehnungsgeschwindigkeit zu bestimmen.

Die Axialspannung wird in eine Zugspannung zwischen den Walzgerüsten umgesetzt, indem sie in einer Recheneinheit 70 mit der Querschnittsflache des Bandes multipliziert wird. Die Zugspannung zwischen den Walzgerüsten wird dann als ein Bezugswert an eine normalerweise vorhandene Zugspannungsregeleinrichtung irgendeines bekannten Typs, wie beispielsweise die Umwalzer 54 (Fig. 1) mit konstanter Zugspannung,angelegt. Die durch die Konstantzugspannungsumwalzer ausgeübte Zugspannung wird durch Nachsteuermotoren und durch den Winkel, den der Umwalzer und das Band bilden, bestimmt. Dieser Winkel wird konstant gehalten, indem die Antriubsmotordrehzahl mit der Drehzahlregeleinrichtung 50 verstellt wird, um eine konstante Umwalzerposition aufrechtzuerhalten. Weitere Einrichtungen können benutzt werden, wie beispielsweise eine direkte Regelung der Zugspannung durch Zugspannungsmesser zwischen den Walzgerüsten, die über die Walzgerüstdrehzahlregelung arbeiten. Während der Beschleunigung des Walzwerks auf stetige Walzgeschwindigkeiten werden die zulässigen Zugspannungswerte zwischen den Walzgerüsten erneut berechnet und die Zugspannungswerte werden auf das maximal zulässige Ausmaß nach jeder Neuberechnung erhöht. Die in Fig. 9 schematisch dargestellte Methodik wird gesondert für jeden Zwischenraum zwischen den Walzgerüsten wiederholt, in welchem hohe Zugspannungswerte erwünscht sind. Typischerweise wird das zwischen den Walzgerüsten F4-F5, F5-F6 und F6-F7 sein. Zugspannungswerte zwischen den vorangehenden Walzgerüsten würden gemäß den gegenwärtig vorhandenen Techniken eingestellt werden.

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Beispiel

Stahl mit 0,09% Kohlenstoff und 0,40% Mangan zeigte die folgende Beziehung zwischen Spannung und Dehnungsgeschwindigkeit bei 9 27 C (1700 F) und gleichmäßiger Zugspannung:

(7) CS" = 70,3 + 7,6 In (e )

cL

( (S 10200 + 1100 In (e )).

Wenn das Zugspannungsprofil für den schlimmsten Fall zugelassen wird, das dem in Fig. 6 gleicht, wird die Beziehung eingestellt auf:

(8) <S" = 54 + 5,5 In (e )

(tf = 7830 + 800 In (e ) ) .

et

Es wird angenommen, daß 50% einer Gesamtbreitenverringerung von 12,7 mm (0.50 inch) in dem Zwischenraum F6-F7 zulässig sindund daß das Band 22 2032 mm (80 inches) breit ist. Die Recheneinheit 62 wird die maximal zulässige bezogene Breitenverringerung zu 0,003125 bestimmen. Die Recheneinheit 64 wird die maximal zulässige bezogene Längenzunähme zu 0,00625 berechnen. Unter der Annahme, daß die Walzgerüste F6 und F7 5,49 m (18 feet) voneinander entfernt sind und das Band den Zwischenraum F6-F7 mit 609,6 m/min (2000 feet per minute) durchquert, würde ein Bandelement 0,54 s benötigen, um sich von dem Walzgerüst F6 zu dem Walzgerüst F7 zu bewegen.⁵ Die Recheneinheit 66 wird die Axialdehnungsgeschwindigkeit während dieses Intervalls zu 0,01157 pro Einheit pro Sekunde berechnen.

In Kenntnis des Werkstoffes und der Temperatur wird die Recheneinheit 68 unter gespeicherten Beziehungen die durch die Gleichung (8) gegebene Beziehung, in diesem Beispiel, auswählen und die zulässige Axialspannung zu 29,4 MPa (4263 psi) berechnen. Demgemäß könnte ein Bezugswert für die Zugspannung zwischen den Walzgerüsten, der einer Axialspannung von 29,4 MPa (4263 psi) entspricht, der Einrichtung 54 zum Regulieren der Zugspannung zwischen den Walzgerüsten zugeführt werden. Diese

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Prozedur würde für sämtliche Zwischenräume zwischen den Walzgerüsten wiederholt werden, was zu einer Zugspannungspraxis führt, die als Kurve B in Fig. 7 dargestellt ist.

Vorausgesetzt, daß die Zugspannungswerte zwischen den Walzgerüsten auf oder etwas unterhalb von Zugspannungswerten gehalten werden, die auf diese Weise berechnet werden, werden die Breitenverminderungen akzeptabel sein und die Welligkeitsprobleme werden verringert. Da Breitenverminderungen aufgrund der Zugspannung vorhersagbar sind, können sie offenbar durch entsprechende Erhöhungen in der Bandbreite, die in der Vorwalzstraße 10 erzeugt werden, kompensiert werden.

Gleichermaßen offensichtlich ist die Tatsache, daß höhere Zugspannungen nicht benutzt zu werden brauchen, wenn die Bandabmessungen so sind, daß Ebenheitsprobleme üblicherweise nicht auftreten.

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Claims

Patentansprüche :

1. ) Verfahren zum Verbessern der Bandebenheit in einer Warmbandwalzstraße, die wenigstens zwei Walzgerüste aufweist, in denen ein metallisches Werkstück zusammengedrückt und in der Dicke vermindert wird, um aus ihm ein Band zu bilden, wobei jedes Walzgerüst Walzen hat und wobei die Walzen jedes Walzgerüstes mit ausgewählten Drehzalilen miI.toIs eines Walzstraßenregelsystems drehbar sind, so daß das Βειηα während seines Durchganges zwischen den Walzgerüsten unter Zugspannung gesetzt werden kann, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Auswählen einer vorbestimmten maximalen Breitenverminderung, die das Band während seines Durchganges zwischen benachbarten Walzgerüsten erfahren soll;

b) Berechnen der Zugspannung, die diese Breitenverminderung erzeugt, aus vorbestimmten Beziehungen zwischen der Zugspannung und der Dehnungsgeschwindigkeit; und

c) Regeln der Zugspannung zwischen den Walzgerüsten auf oder unter den berechneten Zugspannunyswert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung zwischen der Spannung und der Dehnungsgeschwindigkeit durch folgende Gleichung gegeben ist:

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O* = K₁ +K₂ In (e)
wobei:

5" = Spannung

e = Dehnungsgeschwindigkeit

K₁ und K = Konstanten, die den Abschnitt und die Steigung der Gleichung für einen besonderen Werkstoff bei einer besonderen Temperatur darstellen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Berechnungsschritt beinhaltet:

Berechnen der Querdehnungsgeschwindigkeit in dem Band, die sich aus der ausgewählten Breitenverminderung ergibt;

Berechnen der Axialdehnungsgeschwindigkeit in dem Band, die der berechneten Querdehnungsgeschwindigkeit in dem Band entspricht, auf der Basis einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Querdehnungsgeschwindigkeit und der Axialdehnungsgeschwindigkeit; und Berechnen der Axialspannung in dem Band, die die berechnete Axialdehnungsgeschwindigkeit erzeugt; wobei

das Regeln beinhaltet, die Drehzahl der Walzen in benachbarten Walzgerüsten so zu regeln, daß eine Axialspannung auf das Band mit einem Wert auf oder unter der berechneten Axialspannung ausgeübt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

die berechnete Axialspannung als Funktion der Dehnungsgeschwindigkeit, des Bandmaterials und der Bandtemperatur berechnet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung zwischen der Axialdehnungsgeschwindigkeit und der Axialspannung auch korrigiert wird, um eine Zugspannungsungleichmäßigkeit über der Bandbreite zu gestatten.

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6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Berechnungsschritt das Feststellen des Grades der Querdehnungsgeschwindigkeit in dem Band beinhaltet, der benötigt wird, um die ausgewählte Breitenverringerung zu erreichen, in Abhängigkeit von einem festen Walzyerüstabstand und einer vorbestimmten Bandgeschwindigkeit zwischen benachbarten Walzgerüsten;

das Feststellen des Grades der Axialdehnungsgeschwindigkeit in dem Band, die der festgestellten Querdehnungsgeschwindigkeit in dem Band entspricht, auf der Basis einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Querdehnungsgeschwindigkeit und der Axialdehnungsgeschwindigkeit; das Feststellen der Axialspannung in dem Band, die die festgestellte Axialdehnungsgeschwindigkeit erzeugt; und das Regeln der Drehzahl der Walzen in benachbarten Walzgerüsten, um eine Axialspannung auf das Band so auszuüben, daß die festgestellte Ax i a .!dehnung b . eschwindigkeit nicht überschritten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung zwischen der Axialspannuny C und der Axialdehnungsgeschwindigkeit e aus einer Reihe von Beziehungen

bestimmt wird, die auf folgender Gleichung basiert:

tf= K₁ + K₀ In (e )
ι δ a

wobei K₁ und K Konstanten sind, die von den Bandwerkstoffeigenschaften, der Bandtemperatur, der Dehnung, die das Material erfährt, und der Art der Axialspannungsverteilung über der Bandbreite abhängig sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zulässigen Axialspannungswerte während der Beschleunigung des Walzwerkes auf höhere Walzgeschwindigkeiten erneut berechnet werden und daß die Zugspannungswerte zwischen den Walzgerüsten nach jeder erneuten Berechnung in dem maximal

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zulässigen Ausmaß erhöht werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Breitenverminderung als eine vorbestimmte maximale Breitenverminderung (AW) ausgewählt wird, die das Ban<i zwischen Walzengerüsten erfahren soll; die maximale bezogene Breitenverminderung ( AW/W), die in dem Band zulässig ist, wird festgestellt, wobei W die Bandbreite beim Eintritt in einen Zwischenraum zwischen den Walzgerüsten ist;

die Axialdehnungsgeschwindigkeit wird als der Grad der bezogenen axialen Dehnung (AL/L) in dem Band festgestellt, der der maximal zulässigen bezogenen Breitenverminderung entspricht, gemäß der Beziehung AL/L = 2 AW/W, wobei AL gleich der Verlängerung eines Bandelements der Länge L während des Durchquerens eines Zwischenraums zwischen den Walzgerüsten ist;

die Axialdehnungsgeschwindigkeit (e ) wird gemäß folgen-

der Formel festgestellt:

wobei t gleich der Zeit ist, die ein Punkt auf dem Band benötigt, um den Zwischenraum zwischen den Walzgerüsten zu durchqueren.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es nur auf die letzten Walzgerüste einer mehrere Walzgerüste aufweisenden Fertigwalzstraße angewandt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Poisson¹sehen Verhältnisses ungefähr 1/2 beträgt und daß es weiter das Berechnen des Zugspannungs wertes zwischen den Walzgerüsten, der der Axialspannung entspricht, beinhaltet:

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Anlegen des berechneten Zugspannungswertes zwischen den Walzgerüsten an die Regeleinrichtung für die Zugspannung zwischen den Walzgerüsten;

Neuberechnen von zulässigen Zugspannungswerten zwischen den Walzgerüsten während der Beschleunigung des Walzwerkes auf höhere Walzgeschwindigkeiten und Erhöhen der Zugspannungswerte zwischen den Walzgerüsten in dem maximal zulässigen Ausmaß nach dieser Neuberechnung.

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