DE3036997A1

DE3036997A1 - Verfahren zur steuerung und regelung der temperatur eines werkstueckes waehrend des walzens in einem warmbandwalzwerk

Info

Publication number: DE3036997A1
Application number: DE19803036997
Authority: DE
Inventors: Donald John Salem Va. Fapiano; Michael Allan Roanoke Va. Smith
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1979-10-03
Filing date: 1980-10-01
Publication date: 1981-04-16
Also published as: BR8006421A; JPS6121729B2; US4274273A; GB2059316A; JPS5659527A; GB2059316B; DE3036997C2

Description

¹⁰ 9757

GENERAL ELECTRIC COMPANY, New York, U.S.A.

Verfahren zur Steuerung und Regelung der Temperatur eines Werkstückes während des Walzens in einem Warmbandwalzwerk

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und Regelung der Temperatur eines Werkstückes während des Walzens in einem Warmbandwalzwerk gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 8. Dabei betrifft die Erfindung insbesondere ein Verfahren zur äußerst genauen Steuerung und Regelung der Band- oder Streifentemperatur während des Walzprozesses.

Ein Walzblech wird dadurch hergestellt, daß Metaliplatten, Stäbe oder andere relativ massive Werkstücke zu langgestreckten dünnen Streifen gewalzt werden. Obwohl'das Feinwalzen oft bei Raumtemperaturbedingungen ausgeführt wird, wird die anfängliche Abflachung oder Dickenverringerung des Werkstückes aus seiner massigen Form bei hohen Temperaturen in einer als Warmbandwalzwerk bekannten Einrichtung durchgeführt. In einem Warmbandwalzwerk werden die Werkstücke in einem Wärmeofen auf eine Temperatur von etwa 1200⁰C (2200⁰F) erwärmt. Der Grund dafür, daß die Werkstücke auf eine so hohe Temperatur erwärmt werden, liegt darin, daß die Temperatur des Werkstückes den Verformungswiderstand des Werkstückes beeinflußt. Ein erwärmtes Werkstück hat einen geringeren Verformungswiderstand als ein kaltes Werkstück und erfordert dementsprechend eine geringere Walzenkraft, bevor es um einen bestimmten Betrag verformt wird, als dies bei einem kalten Werkstück gleicher Zusammensetzung und Dimensionen der Fall ist. Die Verformung eines Werkstückes, das auf einer hohen Temperatur ge-

130016/0885

halten wird, wird somit leichter und schneller durchgeführt als die Verformung eines Werkstückes, das bei geringer Temperatur gehalten wird.

Die Temperatur, bei der der Walzprozeß beginnt, wird nicht durch das gesamte Walzwerk hindurch aufrechterhalten. Wenn das Band einen Walzenständer nach dem anderen durchläuft, verringern Wärmeverluste, die durch Abstrahlung und/oder Wärmeübertragung von Band zu Walze hervorgerufen werden, eine Verringerung der Bandtemperatur auf etwa 815°C bis 925°C (15OO°F bis 1700⁰F), wobei die Temperaturverringerung teilweise von der Dicke des Bandes abhängt. Nachdem das Band den letzten Walzwerkständer verlassen hat, muß es weiter abgekühlt werden, bevor es aufgewickelt und zusammengebunden wird. In dem US Patent 3 905 216, nachfolgend auch "Rolltischabkühlpatent" genannt, ist ein besonders wirksames Verfahren zur Verringerung der Temperatur eines warmgewalzten Bandes zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das Band aus dem letzten Walzwerkständer austritt und demjenigen, zu dem es aufgewickelt wird, beschrieben«,

Zusätzlich zu dem offensichtlichen Arbeitsziel, in einem Warmbandwalzwerk ein Werkstück auf eine gewünschte Enddicke abzuflachen, ist es ferner von großer Bedeutung, daß der Temperaturabfall von der anfänglich sehr hohen Temperatur auf die Endbearbeitungstemperatur und auf die Temperatur, bei der das Band aufgewickelt wird, so weitgehend wie möglich gesteuert wird. Wie in dem US Patent 3 905 216 ausführlich dargelegt ist, hängen die metallurgischen Eigenschaften eines warmgewalzten Bandes nicht nur von der Zusammensetzung des Metalles ab, sondern auch von den Temperaturen, bei denen die abschließenden Dickenverringerungen stattfinden von der Temperatur, bei der das Band aufgeroll1 ird, und von der Geschwindigkeit, bei der

1S0016/08IS

3038997

sich die Bandtemperatur während des abschließenden Kühlvorganges verändert. Wenn das Walzmaterial Stahl ist, finden die abschließenden Dickenverringerungen normalerweise bei etwa 870⁰C (16OO°F) statt, und das Band wird auf den Rolltischen oder Formkastenwagen auf etwa 650⁰C (120O⁰F) abgekühlt. Während die Fertigverarbeitungs- und Aufwickeltemperatur von größter Bedeutung sind, kann die Temperatur bei den der Enddickenverringerung vorausgehenden Dickenverringerungen wichtig für die Erlangung bestimmter metallurgischer Eigenschaften sein. Im Hinblick auf diese metallurgischen Qualitäten ist es -wünschenswert, eine konstante Temperatur nicht nur an den hinteren Walzenständern, sondern auch an einem oder mehreren der vorhergehenden Walzenständern einzuhalten. Eine weitere Überlegung betrifft die Steuerung der Bandebenheit während des Walzens. Bei modernen, komputergesteuerten Warmbandwalzwerken ist es ein angestrebtes Ziel des Dickenverringerungsplanes, die Dickenverringerungen an aufeinanderfolgenden Ständern auszuführen, die solche Walzentrennkräfte und damit verbundene Bandflächen hervorrufen,die zu einer guten Ebenheit führen. Diese Verfahren sind bekannt und beispielsweise in: Iron and Steel Engineer, April 1976, "Automatic Shape Control - Hoogoven's 88 - In. Hot Strip Mill" von F. Hollander und A. G. Reinen beschrieben. Die Bandebenheitsregulierung -wird dann verbessert, wenn die Walzkraft an jedem Walzenständer näher an einem konstanten Wert über die Bandlänge gehalten wird. Dazu ist es jedoch erforderlich, daß sowohl die Zwischen- als auch die Endwalztemperaturen im wesentlichen konstant gehalten werden. Kurz gesagt, durch Aufrechterhalten einer annähernd konstanten Temperatur an allen Ständern können bei Schwankungen der Eingangsbandtemperatur und der Walzgeschwindigkeit sowohl die metallurgischen Qualitäten als auch die Bandebenheit verbessert werden.

13001B/0S65

Ein großes Problem beim Aufrechterhalten der Temperatur eines Metallbandes auf einer erwünschten, vorherbestimmten Höhe stellen die "Schlepperspuren" bzw. Gleitspuren dar. Schlepperspuren sind Bereiche eines Bandes mit Temperaturen, die signifikant unterhalb der Durchschnxttstemperatur des Bandes liegen, oftmals sogar um etwa 55°C (10O⁰F). Schlepperspuren werden dadurch hervorgerufen, daß die Werkstücke durch den Wärmeofen auf Schleppern oder Schienen oder ähnlichen Tragvorrichtungen geschoben werden. Die Schlepper sind dabei wassergekühlt und weisen somit eine niedrigere Temperatur als diejenige des Restes des Ofens auf. Deshalb werden kleine Bereiche des Werkstückes, die in direktem Kontakt mit den Schleppern stehen, nicht im gleichen Maße erwärmt wie die anderen Abschnitte des Werkstückes. Die Temperaturabweichung der Bereiche des Werkstückes, die in Berührung mit den Schleppern waren, wird über den Rest des Walzprozeßes beibehalten, selbst wenn die große Anfangstemperaturabweichung weitgehend abgeschwächt ist, wenn der Walzprozeß beendet ist. Auf alle Fälle verursachen die Schlepperspuren eine Temperaturunstimmigkeit in dem Band entlang seiner Länge. Dies hat es bisher unmöglich gemacht, die Temperatur aller Abschnitte des Bandes mit der erforderlichen Genauigkeit zu steuern und zu regeln.

Ein vielter er wichtiger Faktor, der die Temperatur des Bandes beeinflußt, ist die Walzgeschwindigkeit. Moderne Hochgeschwindigkeitswalzwerke führen den Anfangsabschnitt des Werkstückes in das Walzwerk und die Wickeleinrichtung mit relativ geringer Geschwindigkeit ein und fahren da schnell auf eine höhere Geschwindigkeit hoch, wo der größte Teil des Walzvorgangs ausgeführt wird. Alle Wärmeübertragungsvorgänge des Walzvorganges sind zeitabhängig. Der Bandtemperaturverlust durch Abstrahlung und Wärmeübertragung an die Arbeitswalzen wird bei hohen Geschwindigkeiten re-

130016/0865

duziert, während der Energie eingang in das Band aufgrund des formänderungsgeschwindigkeitsbezogenen Anstiegs des Verformungswiderstandes geringfügig zunimmt. Gleichzeitig kann die Bandtemperatur beim Eintritt in die Fertigstraße wegen des Abstrahlungsverlustes sinken. Der Kühleffekt von zwischen den Ständern angeordneten Sprüheinrichtungen hängt von der Bandgeschwindigkeit nicht nur wegen der bei höheren Geschwindigkeiten verringerten Kühldauer ab, sondern auch,weil die nur gering beabstandeten Sprüheinrichtungen einer Gruppe sich gegenseitig beeinflussen, da die Oberflächentemperatur - beim Eintritt in die aufeinanderfolgenden Sprühbereiche nur unvollständig wiedererlangt wird. Diese beträchtlichen Abweichungen machen es äußerst schwer, auch nur mit annähernder Genauigkeit die Temperatur vorherzusagen, di"e das Band annehmen wird, wenn es die verschiedenen Walzwerkständer durchläuft.

Bei Walzwerken, die nicht mit zwischen den Ständern angeordneten Kühlvorrichtungen ausgerüstet sind, wird die Steuerung der Bandbearbeitungstemperatur durch Regulierungen der Bearbeitungsgeschwindigkeit bewerkstelligt. Die erforderliche Einstellung wird in einigen Fällen so vorherberechnet, daß die Temperaturechwankungen des Bandes beim Eintritt in den ersten Walzenständer exakt ausgeglichen werden. Die Temperatur, die auf diese Weise erzielt wird, kann mit Hilfe eines Pyrometers gemessen werden, das unmittelbar hinter dem letzten Walzwerkständer angeordnet ist. Wenn die Temperatur am letzten Walzwerkständer zu hoch ist, kann das Walzwerk herabgefahren werden; ist die Temperatur zu niedrig,, kann das Walzwerk heraufgefahren werden. Ein Hauptnachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die maximale Geschwindigkeit und damit die Produktionsgeschwindigkeit durch die Temperatur des ankommenden Bandes festgelegt wird. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß die Korrekturtechnik sehr langsam

130016/0 88B

3036897

ist und große Abschnitte des Bandes bei unkorrekten Temperaturen bearbeitet werden können.

Die wirkungsvollste Möglichkeit zur Steuerung der Temperatur eines Bandes, das gewalzt wird, besteht darin, mehrere einzeln steuerbare Wassersprüheinrichtungen zwischen benachbarten Walzwerkständern anzuordnen. Wenn die Sprüheinrichtungen oberhalb und unterhalb des Bandes und über die gesamte Breite des Bandes angeordnet sind, kann eine wirkungsvolle Kühlung des Bandes erreicht werden. Als Folge davon sind größere Walzgeschwindigkeiten möglich, und der Temperaturanstieg aufgrund der höheren Walzgeschwindigkeiten kann durch die Verwendung der Wassersprüheinrichtungen ausgeglichen werden.

Das Hauptproblem bei der Wassersprühlösung besteht darin, die Temperatur des Bandes genau zu messen und danach den Betrieb der ΐ/assersprüheinrichtungen zu steuern. Obwohl ein Pyrometer, daß unterhalb bzw. hinter dem letzten Walzwerkständer angeordnet ist, sehr wirkungsvoll als Überwachungseinrichtung funktioniert, sind die gegenwärtig verfügbaren Pyrometer und andere Temp'eraturmeßeinrichtungen nicht genügend genau, um eine zuverlässige Anzeige der Bandtemperatur zwischen den Ständern anzugeben. Ein anderes Probelm liegt in der Transportverzögerung bzw. Totzeit. Dies bedeutet, daß die Bandtemperatur an einer hinteren Stelle gemessen wird, woraufhin eine weiter vorne liegende Temperaturkorrektur durchgeführt wird, wobei man auf das Ergebnis der Temperaturkorrektur warten muß, bis es von der hinten angeordneten Temperaturmeßeinrichtung, erfaßt werden kann. Aufgrund des Ständeranstandes und der Gesamtlänge zwischen der ersten zwischen den Ständern angeordneten Sprüheinrichtung und dem hinteren Pyrometer kann ein Fehler oder eine Korrektur der Bandtemperatur an der

130018/0855

ersten Sprüheinrichtung erst zutage treten, wenn etwa 90 bis 120 Meter des Bandes sich an dieser Sprüheinrichtung vorbeibewegt haben.

Es sind bereits mehrere Vorschläge gemacht worden, die bei der Wassersprühsteuerung auftretenden Probleme zu lösen, jedoch ohne zufriedenstellende Ergebnisse. Einer dieser Vorschläge sieht vor, daß im voraus ein Temperatürprofil bzw. -kurvenverlauf für ein Band mit verschiedenen Dicken, Walzgeschwindigkeiten, usw. errechnet wird. Wenn das Walzwerk auf die gewünschte Walzgeschwindigkeit hochgefahren wird, werden Wassersprüheinrichtungen in vorherbestimmten Intervallen in Betrieb gesetzt. Die Sprüheinrichtungen werden zuerst in der Nähe des letzten WaIzwericständers in Betrieb gesetzt und dann nacheinander in Richtung des Walzbeginns aktiviert. Wenn die Geschwindigkeit herabgesetzt wird, werden die Sprüheinrichtungen in umgekehrter Reihenfolge außer Betrieb gesetzt. Ein hauptsächlicher Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß der größte Teil der Kühlung in der Nähe der letzten Walzwerkständer stattfindet. Dies bedeutet, daß die Temperaturkorrekturen auf das Ende des Walzprozesses konzentriert sind, anstatt über die Walzstrecke verteilt zu sein, wo sie tatsächlich auftreten. Dies ändert die Temperaturen, bei denen die Zwischendickenverringerungen auftreten, wodurch auch die Walzkräfte verändert werden, die mit diesen früheren Dickenverringerungen verbunden sind. Diese Änderungen oder Abweichungen können sich sowohl auf die metallurgischen Eigenschaften als auch auf die Bandebenheit schädlich auswirken. Ein zweites, praktisches Problem liegt darin, daß Fehler in den Vorausberechnungen, beispielsweise hinsichtlich eventueller Änderungen der Kühlsprühwirksamkeit, erst entdeckt werden, wenn sie von dem hinteren Pyrometer gemessen werden, wodurch die bereits weiter oben beschriebenen Verzögerungs- bzw. Totzeitprobleme auftreten.

130Ö1S/Ö8SS

Andere "Vorhersage"-Lösungen sind möglich, aber sie haben alle den Nachteil, daß sie nicht genau auf alle Situationen reagieren können, die während des Betriebs eines Warmbandwalzwerkes auftreten. Zusammengefaßt ist festzustellen, daß die Vorhersagelösungen erhebliche Nachteile haben, jedoch ist bisher auch kein anderes zufriedenstellendes Steuer- oder Regelsystem entwickelt worden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bisher bekannt gewordenen Temperatursteuer- und Regelverfahren abzustellen und ein wirksames Steuer- und Regelverfahren für das Walzen von Metallwerkstücken in einem Warmbandwalzwerk bei gewünschten Temperaturen anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 8 genannten Merkmale gelöst. Dabei sieht die Erfindung im wesentlichen vor, daß .· an jedem Walzwerkständer in Abhängigkeit von dem Bandverformungswiderstand die Differenz zwischen der Bandtemperatur in einem ersten Bandbereich und den Bandtemperaturen in nachfolgenden späteren Bandbereichen errechnet wird und entsprechend den errechneten Temperaturunterschieden der Betrieb von WasserSprüheinrichtungen gesteuert wird, die unmittelbar hinter jedem Walzwerkständer angeordnet sind, so daß die Temperatur, mit der das Band in den nachfolgenden Ständer eintritt, im wesentlichen konstant gehalten wird. Ein Pyrometer ist an der Ausgangsseite des letzten Walzwerkständers angeordnet und stellt eine Kontrolleinrichtung der absoluten Temperatur des Bandes dar, indem es die Temperaturhinweise oder "Zielfesthaltewerte" eines oder mehrerer der hinteren Walzwerkständer ständig ergänzt.

130018/0365

In einem bevorzugten Verfahren der Erfindung wird die Temperaturänderung an jedem Walzwerkständer errechnet, indem die Verformungswiderstandsänderung des Werkstückes durch Messung der ¥alzentrennkraft ermittelt und die Verformungswiderstandsänderung mit der Temperaturänderung des Werkstückes in Beziehung gesetzt wird. Genauer gesagt mißt eine Kraftmeßdose, die Bestandteil jedes Walzwerkständers ist, eine erste Walzentrennkraft am oder nahe dem Bandkopfende und Abweichungen der Walzentrennkraft von der ersten Walzentrennkraft. Die Eingangs- und Ausgang'sdicken an jedem Walzwerkständer werden aus den Kraftmeßdosenablesungen, den Walzenpositionen und dem Walzwerkmodul nach einem bekannten Verfahren zur Kontrolle der Banddicke errechnet. Der Verformungswiderstand wird aus dem Verhältnis von Kraft zu Dickenverringerung an jedem Walzwerkständer ermittelt. Vorgespeicherte empirische Daten werden dazu verwendet, die Änderung des Verformungswiderstandes mit Temperaturänderungen in Beziehung zu setzen. Korrekturen der Änderung des VerformungswiderStandes aufgrund vcn Änderungen der Verformungsgeschwindigkeit werden durchgeführt.

Durch ständige'Überwachung der Kraftmeßdosen wird eine fortlaufende Ablesung der Bandtemperaturänderung erreicht, ;\ ohne daß Zwischenständerpyrometer verwendet werden. Wo ' hydraulische Zylinder verwendet werden, um den Walzenspalt ν einzustellen)kann der hydraulische Druck als Anzeige der Walzentrennkraft anstelle von Kraftmeßdosen verwendet werden. Das Temperatursteuer- und -regelverfahren paßt sich

automatisch an Schwankungen der Sprühwirksamkeit hinsichtlich des Wasserdruckes., der Wassertemperatur, der Düsenzustände und anderer Einflüsse an. Ein . gleichförmigerer Temperaturverlauf durch aufeinanderfolgende Walzenständer wird erreicht, indem die erforderlichen Temperaturkorrek- ^

130016/0881

ORIGINAL INSPECTED

3038997

türen von jedem Walzwerkständer an die Wassersprüheinrichtung unmittelbar hinter diesem Walzwerkständer weitergegeben werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung und Regelung der Temperatur eines Werkstückes während des Walzens in einem Warmbandwalzwerk oder Warmstreifenwalzwerk sieht somit vor, daß Temperaturänderungen des Bandes an jedem Walzwerkständer errechnet werden, indem Änderungen des Verformungswiderstandes des Werkstückes bestimmt und diese Änderungen des VerformungswiderStandes mit Temperaturänderungen in Beziehung gesetzt werden. Bei Änderungen der Walzgeschwindigkeit v/erden Fehlerkorrekturen durchgeführt. Der errechnete Temperaturwechsel an jedem Walzwerkständer wird dazu verwendet, Wassersprüheinrichtungen zu steuern, die in der Nähe der Walzwerkständer angeordnet sind. Ein Temperatursensor befindet sich unterhalb bzw. hinter dem letzten Walzwerkständer und überprüft, ob die erwünschte Abgabetemperatur des Werkstückes eingehalten wird. Temperatur abweichungen, die die Temperaturmeßeinrichtung feststellt, werden nach vorne, d.h. in Richtung des Anfangs des Walzvorganges, weitergegeben, damit die Temperaturkorrekturen entsprechend abgeändert werden.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

F i g. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Temperatursteuer- und -regelsystems für ein Warmbandwalzwerk;

13001^/0865

F i g. 2 ein Temperatur-Walzwerkständerlage-Diagramm mit Kurven für verschiedenen Stellen entlang der Länge des Bandes und für Wärmeauswirkungen der Walzgeschwindigkeit;

F i g. 3 ein Diagramm, in dem der relative Verformungswider stand über der Temperatur für eine Güteklasse eines Werkstückmaterials aufgetragen ist;

F i g. 4 ein Diagramm, das die Änderung des relativen Verformungswiderständes pro Grad F in Abhängigkeit von der Temperatur darstellt; und

Fig. 5 ein Diagramm, das die Änderung des relativen Verformungswiderstandes in Abhängigkeit von der Verformungsgeschwindigkeit für eine bestimmte Güteklasse eines Werkstückmaterials darstellt.

In einem Warmbandwalzwerk oder Warmstreifenwalzwerk werden die ersten Verringerungen der Dicke einer Metallplatte in einem Satz von Tandemwalzwerkständern durchgeführt, der allgemein als Vorstraße bezeichnet wird. Fig. 1 zeigt in weitgehend vereinfachter Form den letzten Ständer R₁. einer Vorstraße mit anderen Bauteilen in einem Warmbandvralzwerk. Wenn die Platte aus dem Ständer FL austritt, bewegt sie sich über einen Walzwerktisch 20 zur Fertigungsstraße 22, die aus Walzwerkständern F1, F2, F(n-1) und F(n) besteht, die in Tandemform angeordnet sind. In einem typischen Warmbandwalzwerk sind in der Fertigungsstraße 22 sieben Walzwerkständer angeordnet. Die endgültigen Verringerungen der Dicke finden in der Fertigungsstraße 22 statt, um ein Metallband oder einen Metallstreifen herzustellen, das bzw. der über 300 Meter lang, 0,6 Meter bis 2,1 Meter breit und 0,1 bis 1,27 Zentimeter dick sein kann.

Während des Durchlaufs durch die Vorstraße und die Fertigungsstraße 22 wird das Band bzw. der Streifen von seiner Anfangstemperatur von etwa 12OO°C allmählich abgekühlt.

Zu der Zeit, in der das Band den Ständer F(n) erreicht, ist es auf etwa 815-925 C abgekühlt. Wenn das Band aus dem letzten Ständer F(n) der Fertigstraße 22 austritt, durchläuft es einen Kühltisch oder Rolltisch 24, bevor es von einer Wickeleinrichtung 26 aufgewickelt wird. Die Bandspannung während des Wickelvorganges kann von einem Paar Ausführungswalzen 28 und 30 aufrecht erhalten werden, die an dem der Wickeleinrichtung zugeordneten Ende des Rolltisches 24 angeordnet sind. Mehrere einzeln gesteuerte Wassersprühzerstäuber, von denen einer durch das Bezugszeichen 32 gekennzeichnet ist, sind oberhalb und unterhalb des Rolltisches 24 angeordnet und bilden eine KUhlzone 34, in der das Band auf eine zum Wickeln geeignete Temperatur, normalerweise im Be-

i300ie/088B

reich von etwa 450-700⁰C abgekühlt wird. Bezüglich der Beschreibung einer bevorzugten Technik für das Kühlen des Bandes wird auf das "Rolltisch-Kühlpatent" verwiesen.

Jeder Ständer der Fertigstraße 22 hat eine obere Arbeitswalze 40 und eine untere Arbeitswalze 42. Eine obere und eine untere Andruckwalze 44 und 46 werden gegen die obere und die untere Arbeitswalze 40 und 42 während des Walzvorganges angedrückt, um eine übermäßige Verformung der Arbeitswalzen 40 und 42 zu verhindern. Diese Anordnung ist als Quartowalzwerk bekannt. Jeder Walzwerkständer hat eine Walzeneinstellschraube 48, mit der die Öffnung zwischen der oberen und unteren Arbeitswalze 40 und 42 einstellbar ist. Die Walzenöffnung kann als Funktion der Schraubenposition festgelegt sein. Ein geeignetes Mittel zur Ausführung der Funktion ist in Fig. 1 durch den Drehgeber 41 dargestellt, der Rückführungssignale an den Informationskanal 43 gibt. Eine Kraftmeßdose 50 ist zwischen den Walzeneinstellschrauben 48 und den oberen Andruckwalzen 40 angeordnet und stellt eine Anzeige für die Druckkraft zwischen den oberen und den unteren Arbeitswalzen 40 und 42 dar. Schwankungen der Walzenkraft, die von einem Band ausgeübt wird, das zwischen den Walzen 40 und 42 hindurch geht, werden von der Kraftmessdose 50 wahrgenommen. Die Arbeitswalzen 40 und 42 werden von einem Anstellsteuersystem 52 in ihre Stellung gebracht, wobei das Anstellsteuersystem die Position der Walzeneinstellschrauben 48 steuert. Die Banddicke wird nach dem Eintritt von einem automatischen Dickensteuersystem bzw. Dickenkontrollsystem in bekannter Weise etwa konstant gehalten, und die Dicke des aus dem Ständer austretenden Bandes kann aus der unbelasteten Walzenöffnung, der Walzentrennkraft und dem Walzwerkmodul nach bekannten Verfahren bestimmt werden, wie es beispielsweise in dem US Patent 2 726 541 offenbart ist. Die Arbeitswalzen 40 und 42 werden durch geeignete Motoren angetrieben (nicht dargestellt), wobei ihre Geschwindigkeiten von ge-

130Di8/Öä6S

eigneten Fühleinrichtungen,wie "beispielsweise Tachometer 45 > wahrgenommen werden, die Rückführungssignale an einen Informationskanal 47 abgeben.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind einzeln steuerbare Wassersprühzerstäuber 54, 56 und 58 oberhalb des Bandes zwischen benachbarten Walzwerkständern F1, F2, F(n) angeordnet. Einzeln steuerbare Wassersprühzerstäuber 60, 62 und 64 sind unterhalb des Bandes zwischen benachbarten Walzwerkständern FI, F2, ...F(n) angeordnet. Die einzelnen Sprühzerstäuber 54, 56, 58, 60, 62 und 64 werden nachfolgend in entsprechenden Zusammenhängen gemeinsam als Kühlsprühzerstäuber 66 bezeichnet. Ein Wassersprühsteuersystem 68 ist mit den Sprühzerstäubern 66 verbunden und steuert den Betrieb der Sprühzerstäuber 66. (Eine Alternative zur "Verwendung von einzeln gesteuerten, gesonderten Sprühzerstäubern wäre die proportionale Steuerung eines Sprühflußes. Die hier bedeutsame Funktion ist die Veränderung in der Kühlmittelmenge.) Ein Rechner 70 empfängt Eingänge von den Kraftmeßdosen 50, den Drehgebern bzw. Kodiereinrichtungen 41 (Informationskanal 43) und den Tachometern 45 (Informationskanal 47) und sendet nach entsprechender Analyse, die nachfolgend beschrieben wird, ein Steuersignal an die WasserSprühsteuereinrichtung 68. Ein Pyrometer 72 ist oberhalb bzw. vor dem ersten Walzwerkständer F1 angeordnet. Ein zweites Pyrometer 74 ist kurz unterhalb bzw. hinter dem letzten Walzwerkständer F(n) angeordnet. Die Pyrometer 72 und 74 nehmen die Bandtemperatur wahr, wenn das Band in die Fertigstraße 23 eintritt bzw. aus ihr austritt.

Während des Walzprozesses verliert das Band Wärme durch Abstrahlung, Ableitung an die Arbeitswalzen und durch Ableitung an die Luft, und es wird durch die Energie erwärmt, die bei der Verformung erforderlich ist. Die ersten drei Erscheinungen

130018/0885

sind direkt zeitabhängig, während die Verformungsenergie geringfügig von der Verformungsgeschwindigkeit abhängt. Somit hängt die Temperaturänderung, die das Band bzw. der Streifen erfährt»von der Geschwindigkeit ab, mit der das Walzwerk läuft und von der Dickenverringerung, der das Band unterworfen wird. Unter modernen Walzbedingungen kann das Band mit einer solchen Geschwindigkeit die Fertigstraße 22 durchlaufen, daß die Temperatur des Bandes beim Austreten aus dem letzten Walzwerkständer F(n) so hoch ist, daß die Kühlkapazität der Kühlzone 34 überschritten werden kann. Die Kühlsprühzerstäuber 65 stellen so eine Möglichkeit dar, das Band während des Durchlaufs durch die Fertigstraße 22 so weit abzukühlen, daß die maximale Walzgeschwindigkeit erreicht und dabei die Kühlkapazität der Kühlzone 34 nicht überschritten werden kann. Wesentlich ist jedoch dabei, daß die zusätzliche Kühlung in einer Weise aufgebracht wird, die zu möglichst geringen Störungen der Temperaturen führt, bei denen alle abschließenden Dickenverringerungen auftreten. Dabei ist es wünschenswert, daß die Veränderungen der Bandtemperatur in dem Bereich korrigiert werden, in denen sie auftreten.

Die vorangegangenen Überlegungen werden mit Bezug auf Fig. 2, der ein Walzwerk mit sieben Ständern zugrunde liegt, näher erläutert. Kurve A ist ein Temperatur/Walzwerkständeranordnung-Diagramm für das Kopfende eines Bandes, wenn es die Fertigstraße 22 durchläuft. Die Ausgangstemperatur T- wird von dem vorderen Pyrometer 72 ermittelt. Die Endtemperatur T~ wird von dem hinteren Pyrometer 74 gemessen. Zieltemperaturen sind als vorherbestimmte Temperaturen festgelegt, die das Kopfende des Bandes an den Walzwerkständern F5, F6 und F7 haben soll. Kurve A stellt dementsprechend einen gewünschten Temperaturverlauf des Kopfendes eines Bandes dar. Kurve B stellt den Temperaturverlauf des hinteren Endes eines Bandes bei niedriger Walzwerkgeschwindigkeit und ohne Verwendung

130016/Om

von Wassersprühzerstäubern 66 dar. Während der meisten Behandlungen in der Fertigstraße 22 weist das hintere Ende des Bandes eine Temperatur auf, die niedriger als die erwünschte ist.

Kurve C zeigt einen Temperaturverlauf des hinteren Endes eines Bandes, das mit genau ausreichender Fertigstraßenbeschleunigung gewalzt wird, um eine konstante Austrittstemperatur bei F7 zu erlangen. Kurve C stellt die moderne Praxis in Walzwerken dar, die nicht mit Zwischenkühlsprühzerstäubern ausgerüstet sind. Die maximal erreichbare Walzgeschwindigkeit ist jederzeit durch die Zielabgabetemperatur T- und die anfängliche Bandtemperatur T. begrenzt. Kurve D zeigt einen Temperaturverlauf des hinteren Endes eines Bandes, das mit höherer Walzgeschwindigkeit unter Verwendung vor. Wassersprühzerstäubern bearbeitet wird. Dabei werden die Wassersprühzerstäuber am besten so verwendet, daß die Kurve D sich so nahe wie möglich der Kurve A annähert. Unter den dargestellten Bedingungen kann die angemessene Verwendung der Kühlbesprühung, die direkt nach F4 beginnt, dazu verwendet werden, die Bandtemperaturen bei F5 bis F7 auf ihre Anfangsoder Kopfendenwerte zurückzuführen. Bei manchen Erzeugnissen ist es vorteilhaft, die Sprühzerstäuberauswahlstrategie "abzugleichen"; d.h., daß eine oder mehrere Sprühzerstäuber aus der Gruppe der Sprühzerstäuber in jeder Zwischenanordnung beim Bandeintritt eingeschaltet werden können, wenn genügend Wärmekapazität in dem Band vorhanden ist, damit das Bandkopfende die Zielendtemperatur erreicht. Wenn dann die Bandeintritts temperatur zum Ende des Bandes hin abfällt, können die Sprühzerstäuber in den vorderen Zwischenräumen abgestellt werden, um die Bandtemperaturen auf die Werte des Kopfendes zurückzuführen, während die Sprühzerstäuber in den hinteren Zwischenräumen angestellt werden, um die Temperaturanstiege dort auszugleichen.

13Ö018/OÖS5

Der wichtigste Faktor beim Aufrechterhalten eines konstanten Bandtemperaturverlaufes oder -"profiles", wenn das Band die Fertigstraße 22 durchläuft, besteht in der genauen Messung der Bandtemperaturänderungen in dem Bereich der zwischen den Ständern angeordneten Sprühvorrichtungen, wo diese Änderungen korrigiert werden müssen. ¥enn eine genaue Anzeige einer Temper aturänderung erhalten werden kann, dann können die einzelnen Wassersprühzerstäuber selbst bei Auftreten von Temperaturabweichungen als Folge von Schlepperspuren oder Gleitspuren so gesteuert werden, daß die Temperaturabweichungen ausgeglichen werden, sobald sie auftreten. Die Pyrometer 72 und 74, die vor dem ersten Walzwerkständer F1 und hinter dem letzten Walzwerkständer F(n) angeordnet sind, können annehmbare, ständig verfügbare Temperaturinformationen geben. Die Pyrometer sind jedoch gegenwärtig nicht zwischen Walzwerkständern verwendbar, da die Temperaturmessungen an diesen Stellen durch Dampf, Sprühnebel und von den Wassersprühzerstäubern 66 auf das Band aufgesprühtes, stehendes Wasser nachteilig beeinflußt werden. Außerdem wird die Bandoberfläche bei ihrem Durchgang durch die Arbeitswalzen. 40 und 42 schlagartig "abgeschreckt", wodurch die Temperaturmessungen ungenau werden, die durchgeführt sind, bevor eine angemessene Erholungszeit verstrichen ist. Das hintere Pyrometer 74, das einwandfreie Temperaturmessungen ausführt, gibt nur den aufsummierten Temperaturwechsel wieder und keine Information darüber, wie diese Veränderung über die Fertigstraße 22 verteilt ist. Ferner ist, wie weiter oben schon erwähnt wurde, diese Information erst dann erhältlich, wenn der Bandbereich, dessen Temperatur gemessen wird, etwa 90 bis 120 Meter hinter dem Punkt ist, an dem die Temperaturkorrektur ausgeführt werden sollte.

Diese Probleme werden bei der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß die Temperaturänderungen an jedem Walzwerkständer durch Auswertung der Ausgabe der Kraftmeßdosen 50 ermittelt werden. Es hat sich herausgestellt, daß Änderungen der WaI-

1 3 Ö Ö 1 8 / Ö 8 8 S

Zentrennkraft verbunden mit den Banddickenverringerungen in Beziehung zu den Temperaturänderungen des Bandes gesetzt werden können, vorausgesetzt, dai3 Änderungen des Verformungswiderstandes verbunden mit Änderungen der Walzgeschwindigkeit berücksichtigt werden. In diesem Zusammenhang wird auf das"Temperaturberechnungspat-ent" verwiesen, in dem die Beziehungen zwischen Kraft und Temperatur beschrieben sind. In diesem Patent sind Korrekturen hinsichtlich der Änderungen der Walzgeschwindigkeit nicht berücksichtigt, da große Änderungen der Geschwindigkeit bei den Anwendungsgebieten, für die die Erfindung ursprünglich gedacht war, nicht auftraten. In modernen Warmbandwalzwerken jedoch können die Geschwindigkeitsänderungen in der Wicklung das Verhältnis von 2:1 übersteigen, wodurch ein Ausgleich für die damit verbundenen Verformungsgeschwindigkeitseffekte erforderlich ist, bevor Folgerungen hinsichtlich der genauen Temperatur gezogen werden können.

Wenn nach der vorbeschriebenen Art ein Temperaturwechsel an einem bestimmten Walzwerkständer beobachtet wird, kann der Temperaturwechsel in einer vorwärts gerichteten Rückkopplungsstrategie zur Steuerung der Wassersprühzerstäuber 66 unmittelbar hinter diesem Walzwerkständer verwendet werden. Wenn beispielsweise eine Temperaturabweichung an dem Walzwerkständer F1 auftritt, können die Wassersprühzerstäuber 54, 56, usw. unmittelbar hinter dem Walzwerkständer F1 in Betrieb gesetzt werden, um zu versuchen, die Temperaturabweichung zu korrigieren. Dieser Vorgang kann auch für jeden der anderen Walzwerkständer ausgeführt werden. Jede Temperaturabweichung, die zwischen den Walzwerkständer F1 und F2 nicht korrigiert ist, wird durch die Temperaturberechnung am Walzwerkständer F2 erfaßt, und die einzelnen Wassersprühzerstäuber 54, 56, usw. unterhalb des Walzwerkständers F2 können bei Bedarf in Betrieb gesetzt werden, um zu versuchen, die Temperaturab-

130016/0866

weichung zu korrigieren. Beim Durchgang des Bandes durch die Fertigstraße 22 wird eine zunehmend wirksame Temperaturkorrektur in gleichmäßiger Weise erreicht, so daß eine bestimmte, erwünschte Temperatur am ¥alzwerkständer F(n) erreicht wird.

Wenn eine erwünschte hohe Einlaufgeschwindigkeit eine unerwünscht hohe Bandtemperatur hervorruft, können gewisse V/assersprühzerstäuber 66 vor Bestimmung der Anfangstemperatur in Betrieb gesetzt werden. Die Vervrendung von yor-aktivierten Sprühzerstäubern hat mehrere Vorteile, wie schon vorher erwähnt wurde. Durch das Außerbetriebsetzen von vorher in Betrieb befindlichen Sprühzerstäubern bei Annäherung aes kälteren Endabschnittes an die vorderen Ständer und Inbetriebnahme von zusätzlichen Sprühzerstäubern an nachfolgenden Ständern kann eine bessere Anpassung an das erwünschte Temperaturprofil erreicht werden. Ferner erlaubt die Vor-Aktivierung eine Reaktion auf die Schlepperspuren nahe dem Bandkopfende, indem die Sprühzerstäuber außer Betrieb gesetzt werden, wenn die kälteren Schlepperspurbereiche durch die vorderen Ständer hindurchgehen.

Ein wesentlicher Vorteil des vorliegenden Verfahrens liegt darin, daß die Erfordernis eines Transportverzögerungsausgleiches weitgehend vermieden wird, vorausgesetzt, daß das Verfahren schnell genug funktioniert. Wenn auch die gegenwärtig existierenden Walzwerkgeschwindigkeiten ziemlich hoch sind (in der Größenordnung von 900 Meter pro Minute) so ist die Wassersprühreaktionszeit schnell genug (0,5-0,75 Sekunden), so daß der Temperaturkorrekturvorgang direkt hinter jedem Walzwerkständer ohne größeren Irrtum ausgeführt werden kann. Dabei ist jede Walzwerkständer-Temperaturberechnung unabhängig von den vorhergehenden Temperaturberechnungen und Temperaturkorrekturen und wirkt so, daß die Temperaturen in ihrem Steuer-

13ÖÖ18/088S

bereich so konstant wie möglich gehalten werden.

Das beschriebene Verfahren ist ein sogenanntes Zielfesthalte-System, in dem die Temperaturberechnung und die Aktivierung der Wassersprühzerstäuber auf Temperaturabweichungen basieren und nicht auf absoluten Temperaturmessungen. Das vordere Pyrometer 72 erlaubt anfängliche Einstellrechnungen,um die erwünschte Kopfendtemperatur und das erwünschte Temperaturprofil zu erhalten. Das hintere Pyrometer 74 erlaubt die Überwachung der absoluten Temperatur und die Ausführung von weiteren Korrekturvorgängen. Wenn beispielsweise das hintere Pyrometer 74 feststellt, daß die Temperatur des Bandes beispielsweise 1O⁰C zu hoch ist, kann ein Fehlersignal in die Temperaturrechnung bei dem Walzwerkständer F(n-1) nach vorne eingegeben werden. Dadurch kann direkt hinter dem Wal^werkständer F(n-i) eine zusätzliche WasSerbesprühung in Gang gesetzt werden. Wenn die Temperaturabweichung so groß ist, daß die Sprühkapazität hinter dem Walzwerkständer F(n-1) überschritten wird, kann das "Überschuß"-TemperaturabweichungSrsignal weiter nach vorne an den vorhergehenden Walzwerkständer F(n-2) weitergegeben werden. Unterhalb des Walzwerkständers F(n-2) kann dann eine zusätzliche Wasserbesprühung ausgelöst werden. Auf diese Weise kann ein geschlossenes Schleifenkontrollsystem der absoluten Temperatur des Bandes erreicht werden.

In alternativen Ausführungen kann für die Durchführung der Korrekturen von dem hinteren Pyrometer aus die Zahl der davor angeordneten Ständer erhöht werden, an denen die Korrekturen ausgeführt werden. Dies verringert die Störungen Oder Unstetigkeiten des Temperaturprofils, das aus diesem Rückführungsvorgang entsteht, während die Zeit für alle Korrekturhandlungen ansteigt, die an dem Pyrometer 74 zutage treten.

130018/0111

Die Verwendung von Rückführung (feedback) von einem hinteren Sensor, sei es das Pyrometer 74- oder die von dem Walzwerkständer F(n) erfaßte Temperaturänderung>zur Steuerung einer vorher angeordneten Sprühvorrichtung kann eine Kompensation der Transportverzögerung bzw. Totzeit erforderlich machen. Transportverzögerungs- bzw. Totzeitausgleichstechniken sind bekannt und erfordern vor allem Kenntnis der Bandgeschwindigkeit, der Abstände' zwischen den Stellen, an denen die Temperatur ermittelt und die Wassersprüheinrichtungen angeordnet sind, und der verfügbaren Zeit, in der die Korrekturhandlung durchgeführt werden kann. Da die meisten Korrekturhandlungen der vorliegenden Erfindung durch eine Vorwärtsstrategie ausgeführt werden, sind hier die Totzeit-Kompensationsprobleme weitgehend minimiert, da diese nur am äußersten hinteren Ende der Fertigstraße 22 auftreten.

Um eine Temperaturveränderung bei einem vorgegebenen Walzwerkständer errechnen oder abschätzen zu können, werden die Kräfte, die Dickenverringerungen und die Walzgeschwindigkeiten für aufeinander folgende Probenzeitintervalle bestimmt. Die Dehnungsgeschwindigkeit bzw. die Formänderungsgeschwindigkeit e ist als die Geschwindigkeit definiert, in der die Formänderung auftritt, und in Einheiten pro Sekunde angegeben. Nach anfänglicher Einführung des Bandes in einen Walzwerkständer und nach einer kurzen Verzögerungszeit von etwa 1 bis 2 Sekunden, in der das Walzwerk sich von der Aufprallgeschwindigkeitsdämpfung erholen kann und die Spannungssprünge oder -unstetigkeiten nachlassen, wird das Verhältnis von Walzenkraft zu Dickenverringerung (Fy^h) gebildet und als Zielfesthaltewert.des Verformungswiderstandes gespeichert. Ein Zielfesthaltewert für die Verformungsgeschwindigkeit e wird ebenfalls gebildet. Die BandtemperaturänderungZiT ist als Zielfesthaltewert definitionsgemäß null. Für ein Abtastintervall (i) können die folgenden Gleichungen verwendet werden, um die errechnete Bandtemperaturänderung zu ermitteln:

130010/0088

Darin bedeuten F = von den Kraftmessdosen 50 ermittelte Kraft; Δ h = Verringerung der Banddicke; e = Geschwindigkeit, in der die Banddickenverringerung auftritt; ATp-o = Temperaturkorrektur von Pyrometer 74;

0 = Bedingungen, die an einem gegebenen Aus

gangspunkt herrschen; und

1 = Bedingungen, die nach einer vorgegebenen

Zeit oder einem vorgegebenen Bandlängenintervall herrschen.

Darin bedeuten V = Arbeitswalzenumfangsgeschwindigkeit;

R = Arbeitswalzenradius;

"Ia₁ = Banddicke beim Eintritt in die Walzen; hp = Banddicke beim Austritt aus den Walzen und 4h = Dickenverringerung = (h,. - h_?)

Der erste Klammerausdruck im Zähler von Gleichung (1) stellt die Verformungswiderstandsänderung pro Einheit während eines Abtastintervalls (i) dar. Der zweite Klammerausdruck im Zähler von Gleichung (1) gibt den Teil der Verformungswiderstandsänderung pro Einheit an, der der Änderungen der Walzengeschwindigkeit zuzurechnen ist. Die Verformungsgeschwindigkeit e läßt sich ^v^ Gleichung (2) errechnen. Der Nenner von

130016/0*86

Gleichung (1) gibt die Änderung des relativen Verformungswiderstandes mit der Temperatur an, und ZiT_FB gibt Korrekturen des Zielfesthaltetemperaturwertes an, die auf der nachfolgenden Messung des Pyrometers 74 beruhen. Gleichung (1) verwendet das Verhältnis von Verformungswiderstand (F/Ah)./(F/Ah) , was für genaue Ergebnisse da notwendig ist, wo die DickenverringerungAh in einem Ständer sich ändern kann. Wenn die Dickensteuerung in jedem Ständer die Dickenverringerungen konstant hält, kann eine gute Annäherung durch Verwendung des Verhältnisses der Kräfte F./F erreicht werden.

Die Auswirkung der Kühlsprühzerstäuber 66 kann aus der folgenden Gleichung errechnet werden:

(3) ^T₃ . ₌ K₁ (T₃ - T_v)

hv

Darin bedeuten: j = Kennzeichnungsindex der einzelnen

Sprühzerstäuber einer Zwischenständergruppe ;

K. = Variable (gewöhnlich empirisch ermittelt;, die von der axialen Ausdehnung des Sprühzerstäubers, der Durchfluß- ■ menge des Sprühwassers, der spezifischen Wärme, der Dichte und dem War— meübergangskoeffizienten des Bandes und der Anzahl von in Betrieb befindlichen Sprühzerstäubern der Gruppe abhängt j

T = errechnete Temperatur des Bandes ;

T = Temperatur des Wassers; h = Dicke des Bandes; und ν = Geschwindigkeit des Bandes.

130013/033$

Die Entscheidung, ob ein Wassersprühzerstäuber hinter einem vorgegebenen Walzwerkständer aktiviert wird oder inaktiv bleibt, wird durch Vergleich der letzten Berechnung der TemperaturänderungAT für eine bestimmte Zone j mit der Summe der TemperaturabfalleΔΤ . infolge der gegenwärtig

^SJ
in Betrieb befindlichen Sprühzerstäuber getroffen. Ein (Inempfindlichkeitsbereich ist vorgesehen, um übermäßige Veränderungen der Zustände der Wassersprühzerstäuber zu verhindern. Die Steuerung der Wassersprühzerstäuber ergibt sich aus den folgenden Gleichungen:

ist (4) ΔΤ^/ ΔΤ . + D, wird der Sprühzerstäuber ein ^SJ

geschaltet, falls verfügbar,

&=ri

ist (5) ΔΤ<> ΔΤ . - D, wird die Sprüheinrichtung ab-Z ^sü

gestellt.

Dabei ist η = Zahl der einzeln steuerbaren Wassersprühzerstäuber zwischen benachbarten Walzwerkständern ; und

D = vorherbestimmter Temperaturanteil, der etwa der Hälfte des Temperaturabfalls von einem Sprühzerstäuber entspricht.

Einige der Faktoren der Gleichungen (1) und (3) können prozeßentkoppelt abgegeben und gespeichert werden»um während einer aktuellen Datenfernverarbeitung eines Bandes ab gerufen zu werden. Die Kurve in Fig. 3 stellt eine vorherbestimmte Beziehung zwischen der Temperatur und dem relativen Verformungswiderstand für typische Stahlmaterialien dar. In dieser Figur ist der Verformungswiderstand relativ zu demjenigen bei 1093⁰C (2000⁰F) für eine bestimmte ■•Materialsorte dargestellt. Der Bezugspunkt ist dabei unwesentlich, da die Kurven nur dazu verwendet werden, die Ände-

rung des Verformungswiderstandes pro Grad Temperaturunterschied zu bestimmen. Bei 899⁰C (165O°F) beispielsweise würde diese Änderung etwa 0,0045 (0,0025) pro Einheit pro Grad C (pro Grad F) betragen; d.h., der Verformungswiderstand bei 900⁰C (1651⁰F) wäre um etwa 0,45% (0,25%) kleiner als der Verformungswiderstand bei 899°C (165O°F).

Eine andere Möglichkeit, die Verformungswiderstandsänderung mit der Temperaturänderung in Verbindung zu setzen, ist in Fig. 4 dargestellt. Fig. 4 entsteht dadurch, daß der Anstieg in jedem Punkt der Kurve von Fig. 3 durch den relativen Verformungswiderstand in diesem Punkt dirigiert wird. Dabei zeigt sich wieder, daß der Verformungswiderstand sich bei 899⁰C (165O°F) um 0,45% pro Grad C (0,25% pro Grad F) Temperaturanstieg verändert. Andere Darstellungen können verwendet werden, die aathematisch gleichbedeutende Ergebnisse hervorbringen.

Die Kurve von Fig. 5 stellt für verschiedene Formänderungsgeschwindigkeiten die Geschwindigkeit der Änderung des relativen Verformungswiderstandes mit natürlichen Logarithmen der Formänderungsgeschwindigkeit dar. Die logarithmische Auftragung der Formänderungsgeschwindigkeit wird deshalb verwendet, weil so eine " annähernd gradlinige Beziehung entsteht. Fig. 5 zeigt beispielsweise, daß für Formänderungsgeschwindigkeiten von etwa 100 Einheiten pro Sekunde, die typisch für die Warmbandendbearbeitung sind, eine 10-prozentige Änderung der Walzengeschwindigkeit _} und damit der Formanderungsgeschwxndigkeit, eine etwa 2-prozentige Änderung der Walzkraft hervorrufen würde. Diese Beziehung, die auch als "Formänderungsgeschwindigkeits-Empfindlichkeit" bezeichnet wird, kann entweder in Laboratoriumstests oder durch Tests bei der Produktion in Walzwerken ermittelt werden. Für die tatsächlichen Betriebsbedingungen, die

während des normalen Betriebs eines Walzwerkes auftreten, wird eine solche Kurvenschar ermittelt. Entsprechende Kurven können abgerufen werden, je nachdem welche Materialart bearbeitet wird. Die Kurven der Figuren 3 und 4 basieren auf tatsächlichen Betriebserfahrungen mit einer besonderen Stahlqualität.

Die Wirksamkeit einer Kraftänderung als Anzeiger für eine Temperaturänderung variiert über dem Walzentemperaturbereich, wobei normalerweise 1,7°C (3°F) bis 3,9°C (7°F) eine einprozentige Kraftänderung hervorrufen. Da Geschwindigkeit sänderungen von nur 10% Kraftänderungen der gleichen Größe hervorrufen können, ist es erforderlich, bei Geschwindigkeitsdifferenzen zu korrigieren, wo diese signifikant sind. Bei sorgfältiger Beachtung der Kraftauswertung ist es zweckmäßig, Kraftänderungen von 1 Prozent oder weniger zu unterscheiden, was Temperaturunterschieden in der geringen Größenordnung von 1,7⁰C (3⁰F) an einigen Walzwerkständern entspricht.

Eine eventuell'vorhandene Exzentrizität der Andruckwalzen 44 und 46 kann die Genauigkeit der Temperaturbestimmung beeinflussen. Wenn die Walzenkörper bezüglich ihrer Lagerzapfen exzentrisch sind, variiert die Banddickenverringerung während der Drehung der Andruckwalzen, was zu'Schwankungen der Walzentrenhkraft führt. Die Aus\^irkung der Exzentrizität auf die Temperaturbestimmung kann minimiert werden, indem die Meßdauer so lang gewählt wird, daß die Kraftablesungen über eine oder mehrere Andruckwalzenumdrehungen gemittelt werden können. Im allgemeinen ist die Exzentrizität nur an den mittleren Ständern der Fertigstraße 22 ein potentielles Problem. An den vorderen Walzwerkständern, an denen die Exzentrizität weitaus geringer als die Dickenverringerung lot, sind die damit verbundenen Kraftschwankungen

vernachlässigbar. Beispielsweise ruft eine Exzentrizität von 0,05 nun (0,002 inches) am Walzwerkständer F1 normalerweise KraftSchwankungen von 0,4 Prozent oder weniger hervor. Am Auslaßende der Fertigstraße 22 ist eine Exzentrizität von etwa 1 Prozent der Dickenverringerung groß genug, um von Bedeutung zu sein, aber die Andruckwalzen-Drehgeschwindigkeit ist so groß, daß während eines Intervalls von 1 oder 2 Sekunden ein einwandfreier Durchschnittswert gegeben wird. An den Walzwerkzwischenständern beträgt die Dickenverringerung etwa 2,54 mm (0,1 inches), und die Drehgeschwindigkeit ist noch ziemlich gering, etwa 1/2 Umdrehung pro Sekunde. Hier sollten die Probennahmespannen bzw. Meßperioden normalerweise 2 oder 3 Sekunden betragen, damit eine einwandfreie Exzentrizitäts-Mittelung erreicht wird. Normalerweise ist eine Probennahmezeitperiode von etwa 2 Sekunden ausreichend, um die Temperaturschwankungen in dem Band aufgrund von Schlepperspuren zu verringern, während eine einwandfreie Kraftmittelung erreicht wird.

Einige moderne Walzwerksysteme verwenden Bandpaßfiltertechniken, um die Schwankungen der gemessenen Kräfte aufgrund der Walzenexzentrizität zu beseitigen. Wenn diese Techniken verwendet werden, können kürzere Kraftabtastzeitspannen verwendet werden, wodurch das Ansprechvermögen schneller wird.

Eine weitere zu berücksichtigende Beeinflussung kann darin liegen, daß die Eingangsdicke am ersten Walzwerkständer F1 variiert. Diese Abweichungen, die von einer Exzentrizität in der Vorstraße oder von Schlepperspuren oder Gleitspuren, die sich unkorrigiert durch die Vorstraße ziehen, stammen können, können Temperaturablesungen hervorrufen, die als Temperaturänderungen interpretiert werden können,. Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, daß die Temperaturänderungsangaben, die von den Kraftänderungen abgeleitet

werden, verringert werden, so daß die erforderlichen Korrekturen an dem Walzwerkständer F1 absichtlich niedriger veranschlagt werden. Nach dem Durchgang durch den Walzwerkständer F1 sind die Dickenabweichungen so weit abgeglichen, daß die Temperaturablesungen vom Walzwerkständer F2 bis zum Walzwerkständer F(n) ohne Verbesserungen verwendet werden können.

Bei Verwendung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ■ die Temperatur eines Bandes sehr genau und ohne längere Verzögerungen zu steuern, wenn es die Fertigstraße 22 durchläuft. Da die Temperatur des Bandes so schnell und genau gesteuert werden kann, kann das Walzwerk auf die maximal zulässige Geschwindigkeit hochgefahren werden, wobei diese Geschwindigkeit erheblich über der bisher erreichbaren liegt. Außerdem können die zwischen den Ständern angeordneten Kühlsprühzerstäuber dazu verwendet werden, stellenweise auftretende Temperaturabweichungen, wie beispielsweise bei Schlepperspuren,zu korrigieren, die mit Hilfe der bisher bekannten Rückführungstechniken nicht korrigierbar sind. Die Einhaltung des vorgeplanten Temperaturprofils bzw. -Verlaufs und der eingeplanten Endtemperatur führt nicht nur zu einer maximalen Produktion, sondern minimiert auch die Abweichungen in der Ebenheit des Bandes und die Änderungen der metallurgischen Eigenschaften, die bei Temperaturänderungen und Änderungen des Kraftverlaufs oder -profils beim Durchlauf durch die Fertigstraße auftreten würden.

130Ö1S/G8SS

■st-

Leerseite

Claims

Patentanwälte"

x! :.furi a M 1
Paxksiraßei3 * 9736

GENERAL ELECTRIC COMPANY, New York, U.S.A.

Patentansprüche

(1· / Verfahren zur Steuerung und Regelung der Temperatur eines Werkstückes während des Walzens in einem Warmbandwalzwerk mit wenigstens einem Walzwerkständer mit einander gegenüberliegenden Arbeitswalzen, an denen die Dicke des Werkstückes bei dessen Durchlauf zwischen den Arbeitswalzen verringert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß

a) die auf das Werkstück an dem Walzwerkständer aufgebrachte Kraft mit Hilfe einer an dem Walzwerkständer angebrachten Meßeinrichtung während mehrerer aufeinander- \ folgender Zeitintervalle gemessen wird,

b) die Verringerung der Dicke des Werkstückes an dem Walzwerkständer während eines jeden dieser Zeitintervalle bestimmt wird,

c) der Verformungswiderstand des Werkstückes während eines jeden dieser Zeitintervalle aus dem Verhältnis von auf das Werkstück ausgeübter Kraft zu der Verringerung der Werkstückdicke ermittelt wird,

d) eventuell auftretende Temperaturänderungen an dem Werkstück als Funktion der Differenzen von Anfangsverformungswiderstand und jedem nachfolgend ermittelten Verformungswiderstand bestimmt werden und

e) wenigstens ein in der Nähe des Walzwerkständers angeordneter, steuerbarer Wassersprühzerstäuber

in Abhängigkeit von der auftretenden Temperaturänderung *

130016/0885

ORIGINAL INSPECTED

3036337

gesteuert wird, so daß dadurch die Temperatur des Werkstückes gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Anwendung bei einem Walzwerk mit wenigstens einem vorderen und einem hinteren Ständer und einem zwischen den Ständern angeordneten Wassersprühzerstäuber,

dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte der Messung der Kraft, der Bestimmung der Dickenverringerung, der Ermittlung des Verformungswiderstandes und der Bestimmung der auftretenden Temperaturänderung für den vorderen Ständer durchgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß ferner

a) die Walzgeschwindigkeit während der Zeitintervalle gemessen wird,

b) eine eventuelle Änderung des Verformungswiderstandes aufgrund einer Änderung der Walzgeschwindigkeit bestimmt wird und

c) die errechnete Temperaturänderung korrigiert wird, indem die Änderung des Verformungswiderstandes aufgrund von Änderungen der Walzgeschwindigkeit berücksichtigt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Wassersprüheinrichtung aus mehreren einzeln steuerbaren Elementen besteht und daß die Steuerung der Wassersprüheinrichtung vorsieht, daß

a) die erwartete Änderung der Werkstücktemperatur errechnet wird, die sich aus einer Änderung des Betriebszustandes einzelner Wassersprühelemente ergeben wird,

b) die erwarteten Änderungen der Werkstücktemperatur für alle augenblicklich im Betrieb befindlichen Sprühelemente summiert werden, um die kumulative erwartete Änderung der Werkstücktemperatur infolge des Betriebs dieser Sprühelemente zu ermitteln,

c) die kumulative Änderung mit der auftretenden Temperaturänderung des Werkstückes verglichen und ein Differenzwert gebildet wird und

d) der Betriebszustand einzelner Sprühelemente diesem Differenzwert entsprechend geändert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß ferner wenigstens ein Sprühelement einsatzbereit gemacht wird, bevor das Werkstück zwischen den einander gegenüberliegenden Arbeitswalzen durchläuft.

6. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß ferner

a) die Temperatur des Werkstücks bei dessen Austritt aus dem Ständer gemessen wird,

b) die gemessene Temperatur mit einer vorherbestimmten gewünschten Werkstücktemperatur verglichen wird, um einen Temperaturfehlerwert zu ermitteln, und

130016/0865

303S397

c) die bei dem Werkstück auftretende Temperaturänderung in Abhängigkeit von dem Temperaturfehler abgeändert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall, in dem die Kraft gemessen wird, groß genug ist, daß die Auswirkung von Exzentrizitätsabweichungen der Walzen vernachlässigbar ist.

8. Verfahren zur Steuerung der Temperatur eines Werkstückes während eines Walzprozesses in einem Warmbandwalzwerk mit wenigstens zwei Walzwerkständern, die jeweils einander gegenüberliegende Arbeitswalzen aufweisen, mit deren Hilfe die Dicke eines Metallwerkstückes verringert wird, indem das Werkstück zwischen den einander gegenüberliegenden Arbeitswalzen durchläuft, wobei jeder Walzwerkständer eine Einrichtung zum Einhalten der Werkzeugdicke, die in einer vorherbestimmten Größe von dort abgegeben wird, aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß

a) die auf das Werkstück ausgeübte Kraft an jedem Walzwerkständer mit Hilfe einer an dem Walzwerkständer angebrachten Meßeinrichtung während mehrerer aufeinanderfolgender Zeitintervalle gemessen wird,

b) die bei dem Werkstück auftretende Temperaturänderung in Abhängigkeit von den Differenzen zwischen der Anfangskraft und den jeweiligen aufeinanderfolgend gemessenen Kräften bestimmt wird und

c) wenigstens eine in der Nähe des Walzwerkständers angeordnete, steuerbare Wassersprüheinrichtung in Abhängigkeit von der aufgetretenen Temperaturänderung gesteuert

130016/0965

3038897

wird, wodurch die Temperatur des Werkstücks gesteuert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß ferner

a) die Walzgeschwindigkeit an jedem Walzwerkständer während mehrerer Zeitintervalle gemessen wird,

b) eine eventuelle Änderung der Kraft aus einer Änderung der Walzgeschwindigkeit bestimmt wird und

c) die errechnete Temperatüränderung korrigiert wird, indem die Änderung der Kraft aufgrund von Änderungen der Walzgeschwindigkeit berücksichtigt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Wassersprüheinrichtung aus mehreren einzelnen steuerbaren Elementen besteht und daß die Steuerung der Wassersprüheinrichtung vorsieht, daß

a) die erwartete Änderung der Werkstücktemperatur errechnet wird, die sich als Folge einer Änderung des Betriebszustandes einzelner Wassersprühelemente ergeben wird,

b) die erwarteten Änderungen der Werkstücktemperatur für alle augenblicklich in Betrieb befindlichen Sprühelemente summiert werden, um eine kumulative erwartete Änderung der Werkstücktemperatur infolge des Betriebs dieser Sprühelemente zu ermitteln,

c) die kumulative Änderung mit der auftretenden Temperaturänderung des Werkstückes verglichen und ein Differenzwert gebildet wird und

130016/0815

3038997

d) der Betriebszustand einzelner Sprühelemente diesem Differenzwert entsprechend geändert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß ferner wenigstens ein Sprühelement betriebsbereit gemacht wird, bevor das Werkstück zwischen den einander gegenüberliegenden Arbeitsv/alzen durchläuft.

12. Verfahren nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß ferner

a) die Temperatur des Werkstücks bei dessen Austritt aus dem letzten Ständer gemessen wird,

b) die gemessene Temperatur mit einer vorherbestimmten gewünschten Werkstücktemperatur verglichen wird, um einen Temperaturfehlerwert zu ermitteln und

c) die bei dem Werkstück auftretende Temperaturänderung in Abhängigkeit von dem Temperaturfehler abgeändert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall, in dem die Kraft gemessen wird, groß genug ist, daß die Auswirkung von Exzentrizitätsabweichungen der Walzen vernachlässigbar ist.

1h. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die auftretende Temperaturänderung/IT sich aus der Beziehung :

130616/0681

3038937

[(F/ Ah)₁ /(F/ Ah)_o] - 1

errechnet. Darin bedeutet:

F s auf das Werkstück ausgeübte Kraft; Ah = Verringerung der Werkstückdicke; ο = Zustände zu einem gegebenen Zeitpunkt; und i = Zustände nach einem vorherbestimmten Zeitintervall oder Werkstücklängenintervall.

15. Verfahren nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die auftretende Temperatüränderung A? sich aus der Beziehung

errechnet. Darin bedeutet:

F = auf das Werkstück ausgeübte Kraft; Ah. = Verringerung der Werkstückdicke;

e = Geschwindigkeit, in der die Werkstückdickenverringerung auftritt; ο = Zustände zu einem gegebenen Zeitpunkt; i = Zustände nach einem vorherbestimmten Zeit oder Werkstücklängenintervall.

130016/0885

16. Verfahren nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die auftretende Temperaturänderung ΛΤ sich aus der Beziehung

Ψθ

errechnet. Darin bedeutet:

F = auf das Werkstück ausgeübte Kraft; Ah = Verringerung der Werkstückdicke;

e = Geschwindigkeit, in der die Werkstückdickenverringerung auftritt;

ΔΤ

PB = Temperaturkorrektur von einem gesonderten

Sensor;

ο = Zustände zu einem gegebenen Zeitpunkt;

i = Zustände nach einem vorherbestimmten Zeitoder Werkstücklängenintervall.

17. Verfahren nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich der auftretenden Temperaturänderung ΔΤ mit der kumulativen erwarteten Änderung der Werkstücktempe-

ratur ^ ^^si ^nacl1 ^^erl folgenden Beziehungen ausge-

führt wird:

Bei ZiT^ > 21T . + D wird die Sprüheinrichtung, falls <£? sj

verfügbar, in Betrieb gesetzt;

130016/0881

9 -

bei AT— / ^T . - D wird die Sprüheinrichtung

sSJ

außer Betrieb gesetzt.

XT (φ _ Φ \

Dabei ist ΔΤ_ο . = f\ ^v s w^y ; und

hv

K. = Variable, die von der axialen Ausdehnung

und Durchflußmenge der Wassersprüheinrichtung, der spezifischen Wärme, der Dichte und dem Wärmeübergangskoeffizienten des Werkstückes sowie von der An zahl der in Betrieb befindlichen Elemente der Sprüheinrichtung abhängt;
ΔΤ . = erwartete Änderung der Werkstücktemperatur

infolge des Sprühelementes j; T = Werkstücktemperatur;
T = Wassertemperatur;

h = Dicke des Werkstückes;

ν = Geschwindigkeit des Werkstückes;

η = Anzahl der einzeln steuerbaren Wassersprühelemente zwischen benachbarten Walzwerkständern und

D = ein vorherbestimmter Temperaturanteil, der etwa der Hälfte der erwarteten Temperaturänderung des Werkstücks als Folge eines in Betrieb befindlichen Sprühelementes entspricht.

1 300 1 6/088S