DE3036997C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperatursteuerung für das Walzgut in einer Warmbandwalzstraße gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Walzblech wird dadurch hergestellt, daß Metallplatten, 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 1200°C 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 gehalten 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, die Bandtemperatur auf etwa 815°C bis 925°C (1500°F bis 1700°F), 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 39 05 216 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 39 05 216 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 aufgerollt wird, und von der Geschwindigkeit, bei der sich die Bandtemperatur während des abschließenden Kühlvorganges verändert. Wenn das Walzmaterial Stahl ist, finden die abschließenden Dickenverringerungen normalerweise bei etwa 870°C statt, und das Band wird auf den Rolltischen oder Formkastenwagen auf etwa 650°C 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 Walzenständer einzuhalten. Eine weitere Überlegung betrifft die Steuerung der Bandebenheit während des Walzens. Bei modernen, computergesteuerten 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.

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 Durchschnittstemperatur des Bandes liegen, oftmals sogar um etwa 55°C. 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 weiterer 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 reduziert, während der Energieeingang 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, die 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 Temperaturschwankungen 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 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 Wassersprüheinrichtungen zu steuern. Obwohl ein Pyrometer, das unterhalb bzw. hinter dem letzten Walzwerkständer angeordnet ist, sehr wirkungsvoll als Überwachungseinrichtung funktioniert, sind die gegenwärtig verfügbaren Pyrometer und andere Temperaturmeßeinrichtungen nicht genügend genau, um eine zuverlässige Anzeige der Bandtemperatur zwischen den Ständern anzugeben. Ein anderes Problem 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 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 Temperaturprofil 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 Walzwerkständers 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.

Andere "Vorhersage"-Lösungen sind möglich, aber sie haben alle den Nachteil, daß sie nicht genau auf alle Situationen reagieren können, die während des Betriebes eines Warmbandwalzwerkes auftreten. Zusammengefaßt ist festzustellen, daß die Vorhersage-Lösungen erhebliche Nachteile haben.

Aus der US-PS 35 14 984 ist eine Temperatursteuerung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt. Diese Temperatursteuerung verwendet Temperatursensoren zwischen den Walzwerkständern sowie Geschwindigkeitsmesser, deren Meßwerte zusammen mit den von den Temperatursensoren gemessenen Werten zur Steuerung der Durchflußmenge eines Kühlmediums verwendet werden. Dabei wird die Menge des Kühlmediums erhöht, wenn eine Beschleunigung des Walzgutes gemessen wird, während auf einen von den Temperatursensoren erfaßten Temperaturabfall mit einer Verringerung des Kühlmediums reagiert wird. Diese bekannte Temperatursteuerung arbeitet nicht mit der erforderlichen Genauigkeit, da die Temperatursensoren zwischen den Walzwerkständern die Temperaturen nicht genau genug ermitteln können, da die Temperaturmessungen an diesen Stellen durch Dampf, Sprühnebel und von den Wassersprühzerstäubern auf das Walzgut aufgesprühtes, stehendes Wasser nachteilig beeinflußt werden. Außerdem können die Meßwerte durch die Temperatursensoren nicht schnell genug erfaßt und weitergegeben werden, um rechtzeitig Temperaturkorrekturen hervorzurufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Temperatursteuerung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzuentwickeln, daß sie ihre Funktion mit äußerster Präzision möglichst verzögerungsfrei bezüglich der gesamten Walzgutlänge erfüllt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ermöglicht es, daß an jedem Walzwerkständer in Abhängigkeit von dem Bandverformungswiderstand die Differenz zwischen der Bandtemperatur in einem ersten Bandbereich und den Bandtemperaturen in nachfolgenden Bandbereichen errechnet wird und entsprechend den errechneten Temperaturunterschieden der Betrieb von Wassersprüheinrichtungen gesteuert wird, die hinter jedem Walzwerkständer angeordnet sind, so daß die Temperatur, mit der das Band in den nachfolgenden Ständer eintritt, auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird. Damit ist eine äußerst präzise Temperatursteuerung für alle Bandbereiche des Walzguts angegeben, wobei die zur Temperatursteuerung herangezogene Information an verschiedenen Stellen längs der Walzstraße fortlaufend erfaßt wird. Beim Durchlauf des Bandes durch die Walzstraße wird bei auftretenden Temperaturabweichungen von den vorbestimmten Werten eine zunehmend wirksame Temperaturkorrektur erreicht, die auch durch entsprechende Außerbetriebnahme der Wassersprühzerstäuber eine Temperaturangleichung der kälteren Schlepperspurbereiche bewirkt.

Zwar ist in der DE-AS 12 83 185 bereits eine Steuerung zum Einstellen des Walzenspaltes in Reversier-Walzgerüsten beschrieben, bei der während eines Stiches die Walzkraft und Dickenabnahme gemessen und unter Verwendung dieser Meßwerte und weiterer Parameter der temperaturanteilige Verformungswiderstand sowie die tatsächliche Temperatur des gerade bearbeiteten Walzguts errechnet werden. Die Errechnung der tatsächlichen Temperatur ist jedoch mühsam und langwierig.

Ferner ist aus "Neue Hütte 20" (1975), Seiten 223-226, ein System der automatischen Regelung der Endwalztemperatur beschrieben, mit dem Einfädelgeschwindigkeiten und die Beschleunigung des Walzgutes errechnet werden können. Für die Temperaturveränderung über die Bandlänge in den Gerüstzwischenräumen ist in dieser Veröffentlichung eine Gleichung angegeben, die die Strahlung und Konvektion berücksichtigt. Als Prozeßdaten, die zur Bestimmung der Endwalztemperatur herangezogen werden, dienen jedoch die Einfädelgeschwindigkeit und die Beschleunigung des Bandes. Eine Ermittlung der Temperatur des Walzgutes an den einzelnen Walzwerkständern durch Messung der von den Walzen auf das Walzgut aufgebrachten Kraft und der jeweiligen Verringerung der Dicke des Walzgutes ist in dieser Druckschrift nicht vorgeschlagen.

Mit Vorteil kann bei der erfindungsgemäßen Temperatursteuerung ein Pyrometer an der Ausgangsseite des letzten Walzwerkständers angeordnet sein, das eine Kontrolleinrichtung der absoluten Temperatur des Bandes darstellt, indem es die Temperaturhinweise eines oder mehrerer der hinteren Walzwerkständer ständig ergänzt.

Die Temperaturänderung wird an mindestens einem Walzwerkständer errechnet, indem die Verformungswiderstandsänderung des Werkstückes durch Messung der Walzentrennkraft ermittelt und die Verformungswiderstandsänderung mit der Temperaturänderung des Werkstückes in Beziehung gesetzt wird. Dabei mißt eine Meßeinrichtung, die Bestandteil jedes Walzwerkständers ist, eine erste Walzentrennkraft am oder nahe dem Bandkopfende und Abweichungen der Walzentrennkraft von der ersten Walzentrennkraft. Die Eingangs- und Ausgangsdicken an jedem Walzwerkständer werden aus den Ablesungen, 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 von Änderungen der Verformungsgeschwindigkeit werden durchgeführt.

Durch ständige Überwachung der Kraftmeßeinrichtungen wird eine fortlaufende Ablesung der Bandtemperaturänderung erreicht, ohne daß Zwischenständerpyrometer verwendet werden. Wenn hydraulische Zylinder verwendet werden, um den Walzenspalt einzustellen, kann der hydraulische Druck als Anzeige der Walzentrennkraft anstelle von Kraftmeßdosen verwendet werden. Die Temperatursteuerung 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 Temperaturkorrekturen von jedem Walzwerkständer an die Wassersprüheinrichtung unmittelbar hinter diesem Walzwerkständer weitergegeben werden.

Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Temperatursteuerung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Temperatursteuerung für das Walzgut in einer Warmbandwalzstraße;

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

Fig. 3 ein Diagramm, in dem der relative Verformungswiderstand über der Temperatur für eine Güteklasse eines Werkstückmaterials aufgetragen ist;

Fig. 4 ein Diagramm, das die Änderung des relativen Verformungswiderstandes 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 R _L einer Vorstraße mit anderen Bauteilen in einem Warmbandwalzwerk. Wenn die Platte aus dem Ständer R _L austritt, bewegt sie sich über einen Walzwerktisch 20 zur Fertigstraße 22, die aus Walzwerkständern F 1, F 2, F(n-1) und F(n) besteht, die in Tandemform angeordnet sind. In einem typischen Warmbandwalzwerk sind in der Fertigstraße 22 sieben Walzwerkständer angeordnet. Die endgültigen Verringerungen der Dicke finden in der Fertigstraße 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 Fertigstraße 22 wird das Band bzw. der Streifen von seiner Anfangstemperatur von etwa 1200°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 Kühlzone 34, in der das Band auf eine zum Wickeln geeignete Temperatur, normalerweise im Bereich von etwa 450-700°C abgekühlt wird. Bezüglich der Beschreibung einer bevorzugten Technik für das Kühlen des Bandes wird auf die US-PS 39 05 216 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 27 26 541 offenbart ist. Die Arbeitswalzen 40 und 42 werden durch geeignete Motoren angetrieben (nicht dargestellt), wobei ihre Geschwindigkeiten von geeigneten 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 F 1, F 2, . . . F(n) angeordnet. Einzeln steuerbare Wassersprühzerstäuber 60, 62 und 64 sind unterhalb des Bandes zwischen benachbarten Walzwerkständern F 1, F 2, . . . 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 F 1 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 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 66 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 _i wird von dem vorderen Pyrometer 72 ermittelt. Die Endtemperatur T _f wird von dem hinteren Pyrometer 74 gemessen. Zieltemperaturen sind als vorherbestimmte Temperaturen festgelegt, die das Kopfende des Bandes an den Walzwerkständern F 5, F 6 und F 7 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 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 F 7 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 _f und die anfängliche Bandtemperatur T _i begrenzt. Kurve D zeigt einen Temperaturverlauf des hinteren Endes eines Bandes, das mit höherer Walzgeschwindigkeit unter Verwendung von 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 F 4 beginnt, dazu verwendet werden, die Bandtemperaturen bei F 5 bis F 7 auf ihre Anfangs- oder 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 Bandeintrittstemperatur 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.

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. Wenn eine genaue Anzeige einer Temperaturänderung 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 F 1 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 Walzentrennkraft verbunden mit den Banddickenverringerungen in Beziehung zu den Temperaturänderungen des Bandes gesetzt werden können, vorausgesetzt, daß Änderungen des Verformungswiderstandes verbunden mit Änderungen der Walzgeschwindigkeit berücksichtigt werden. In diesem Zusammenhang wird auf die US-PS 36 28 358 verwiesen, in der 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 F 1 auftritt, können die Wassersprühzerstäuber 54, 56, usw. unmittelbar hinter dem Walzwerkständer F 1 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 F 1 und F 2 nicht korrigiert ist, wird durch die Temperaturberechnung am Walzwerkständer F 2 erfaßt, und die einzelnen Wassersprühzerstäuber 54, 56, usw. unterhalb des Walzwerkständers F 2 können bei Bedarf in Betrieb gesetzt werden, um zu versuchen, die Temperaturabweichung 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 Walzwerkständer F(n) erreicht wird.

Wenn eine erwünschte hohe Einlaufgeschwindigkeit eine unerwünscht hohe Bandtemperatur hervorruft, können gewisse Wassersprühzerstäuber 66 vor Bestimmung der Anfangstemperatur in Betrieb gesetzt werden. Die Verwendung von vor-aktivierten Sprühzerstäubern hat mehrere Vorteile, wie schon vorher erwähnt wurde. Durch das Außerbetriebsetzen von vorher in Betrieb befindlichen Sprühzerstäubern bei Annäherung des 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 Steuerbereich 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 10°C zu hoch ist, kann ein Fehlersignal in die Temperaturrechnung bei dem Walzwerkständer F(n-1) nach vorne eingegeben werden. Dadurch kann direkt hinter dem Walzwerkständer F(n-1) 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"-Temperaturabweichungssignal 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.

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 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 (F/Δ h) gebildet und als Zielfesthaltewert des Verformungswiderstandes gespeichert. Ein Zielfesthaltewert für die Verformungsgeschwindigkeit wird ebenfalls gebildet. Die Bandtemperaturänderung Δ T ist als Zielfesthaltewert definitionsgemäß null. Für ein Abtastintervall (i) können die folgenden Gleichungen verwendet werden, um die errechnete Bandtemperaturänderung zu ermitteln: Darin bedeuten

F= von den Kraftmeßdosen 50 ermittelte Kraft;Δ h= Verringerung der Banddicke; = Geschwindigkeit, in der die Banddickenverringerung auftritt;Δ T _FB = Temperaturkorrektur von Pyrometer 74; 0= Bedingungen, die an einem gegebenen Ausgangspunkt herrschen; und i= Bedingungen, die nach einer vorgegebenen Zeit oder einem vorgegebenen Bandlängenintervall herrschen. Darin bedeuten

V= Arbeitswalzenumfangsgeschwindigkeit;R= Arbeitswalzenradius;h₁= Banddicke beim Eintritt in die Walzen; h₂= Banddicke beim Austritt aus den Walzen und Δ h= Dickenverringerung = (h₁-h₂)

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 Änderung der Walzengeschwindigkeit zuzurechnen ist. Die Verformungsgeschwindigkeit läßt sich aus Gleichung (2) errechnen. Der Nenner von Gleichung (1) gibt die Änderung des relativen Verformungswiderstandes mit der Temperatur an, und Δ T _FB gibt Korrekturen des Zielfesthaltetemperaturwertes an, die auf der nachfolgenden Messung des Pyrometers 74 beruhen. Gleichung (1) verwendet das Verhältnis von Verformungswiderstand (F/Δ h) _i /(F/Δ h)₀, was für genaue Ergebnisse da notwendig ist, wo die Dickenverringerung Δ h 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 _i /F ₀ erreicht werden.

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

j = Kennzeichnungsindex der einzelnen Sprühzerstäuber einer Zwischenständergruppe; K _j = Variable (gewöhnlich empirisch ermittelt), die von der axialen Ausdehnung des Sprühzerstäubers, der Durchflußmenge des Sprühwassers, der spezifischen Wärme, der Dichte und dem Wärmeübergangskoeffizienten des Bandes und der Anzahl von in Betrieb befindlichen Sprühzerstäubern der Gruppe abhängt; T _s = errechnete Temperatur des Bandes; T _w = Temperatur des Wassers; h = Dicke des Bandes; und v = Geschwindigkeit des Bandes.

Die Entscheidung, ob ein Wassersprühzerstäuber hinter einem vorgegebenen Walzwerkständer aktiviert wird oder inaktiv bleibt, wird durch Vergleich der letzten Berechnung der Temperaturänderung Δ T für eine bestimmte Zone j mit der Summe der Temperaturabfälle Δ T _sj infolge der gegenwärtig in Betrieb befindlichen Sprühzerstäuber getroffen. Ein Unempfindlichkeitsbereich ist vorgesehen, um übermäßige Veränderungen der Zustände der Wassersprühzerstäuber zu verhindern. Die Steuerung der Wassersprühzerstäuber ergibt sich aus den folgenden Gleichungen: ist wird der Sprühzerstäuber eingeschaltet, falls verfügbar, ist wird die Sprüheinrichtung abgestellt.
Dabei ist

n = 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 abgerufen 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 1093°C (2000°F) für eine bestimmte Materialsorte dargestellt. Der Bezugspunkt ist dabei unwesentlich, da die Kurven nur dazu verwendet werden, die Änderung des Verformungswiderstandes pro Grad Temperaturunterschied zu bestimmen. Bei 899°C (1650°F) beispielsweise würde diese Änderung etwa 0,0045 (0,0025) pro Einheit pro Grad C (pro Grad F) betragen; d. h., der Verformungswiderstand bei 900°C (1651°F) wäre um etwa 0,45% (0,25%) kleiner als der Verformungswiderstand bei 899°C (1650°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 899°C (1650°F) um 0,45% pro Grad C (0,25% pro Grad F) Temperaturanstieg verändert. Andere Darstellungen können verwendet werden, die mathematisch 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 Formänderungsgeschwindigkeit, 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 Fig. 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 Geschwindigkeitsänderungen 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 1,7°C (3°F) 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 Walzentrennkraft führt. Die Auswirkung 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 ist, sind die damit verbundenen Kraftschwankungen vernachlässigbar. Beispielsweise ruft eine Exzentrizität von 0,05 mm (0,002 inches) am Walzwerkständer F 1 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 ½ 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 F 1 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 F 1 absichtlich niedriger veranschlagt werden. Nach dem Durchgang durch den Walzwerkständer F 1 sind die Dickenabweichungen so weit abgeglichen, daß die Temperaturablesungen vom Walzwerkständer F 2 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.

Claims (12)

1. Temperatursteuerung für das Walzgut in einer Warmbandwalzstraße, um dessen Temperatur beim Eintritt zwischen die Walzen der Walzstraße möglichst auf bestimmte Werte zu steuern, mit Steuereinrichtungen, welche ein Steuersystem für Wassersprühzerstäuber in Abhängigkeit von am Walzgut auftretenden Temperaturänderungen derart steuern, daß die Temperatur des Walzgutes auf die bestimmten Werte gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen wie folgt aufgebaut sind und wirken:

• a) eine am Walzwerkständer angebrachte Meßeinrichtung ermittelt während mehrerer aufeinanderfolgender Zeitintervalle die von den Walzen auf das Walzgut aufgebrachte Kraft,
• b) eine Einrichtung bestimmt während eines jeden dieser Zeitintervalle die Verringerung der Dicke des Walzgutes an den Walzen,
• c) eine Einrichtung ermittelt während eines jeden dieser Zeitintervalle aus dem Verhältnis von auf das Walzgut ausgeübter Kraft zu der Verringerung der Walzgut-Dicke den Verformungswiderstand und
• d) eine Einrichtung bestimmt vermeintlich auftretende Temperaturänderungen an dem Walzgut als Funktion der Differenzen von Anfangsverformungswiderstand und jedem nachfolgend ermittelten Verformungswiderstand.

2. Temperatursteuerung nach Anspruch 1 zur Anwendung in einer Warmbandwalzstraße mit wenigstens einem vorderen und einem hinteren Ständer und einem zwischen den Ständern angeordneten Wassersprühzerstäuber, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Kraft, die Bestimmung der Dickenverringerung, die Ermittlung des Verformungswiderstandes und die Bestimmung der vermeintlich auftretenden Temperaturänderung für den vorderen Ständer durchgeführt wird.

3. Temperatursteuerung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Wassersprühzerstäuber-Steuersystem ferner in Abhängigkeit von der Walzgeschwindigkeit gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Walzgeschwindigkeit während der Zeitintervalle gemessen wird,
• b) die errechnete Temperaturänderung korrigiert wird, indem die Änderung des Verformungswiderstandes aufgrund von Änderungen der Walzgeschwindigkeit berücksichtigt wird.

4. Temperatursteuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Anwendung in einer Warmbandwalzstraße mit wenigstens einem Walzwerkständer, in dessen Nähe wenigstens ein gesteuerter Wassersprühzerstäuber angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der von den Steuereinrichtungen gesteuerte Wassersprühzerstäuber aus mehreren einzeln steuerbaren Elementen besteht und daß die Steuerung des Wassersprühzerstäubers vorsieht, daß

• a) die erwartete Änderung der Walzguttemperatur errechnet wird, die sich aus einer Änderung des Betriebszustands einzelner Wassersprühelemente ergeben wird,
• b) die erwarteten Änderungen der Walzguttemperatur für alle augenblicklich im Betrieb befindlichen Sprühelemente summiert werden, um die kumulative erwartete Änderung der Walzguttemperatur infolge des Betriebs dieser Sprühelemente zu ermitteln,
• c) die kumulative Änderung mit der auftretenden Temperaturänderung des Walzgutes verglichen und ein Differenzwert gebildet wird und
• d) der Betriebszustand einzelner Sprühelemente diesem Differenzwert entsprechend geändert wird.

5. Temperatursteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ferner wenigstens ein Sprühelement einsatzbereit gemacht wird, bevor das Walzgut den Walzwerkständer durchläuft.

6. Temperatursteuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ferner

• a) die Temperatur des Walzgutes bei dessen Austritt aus dem Ständer gemessen wird,
• b) die gemessene Temperatur mit einer vorbestimmten gewünschten Walzguttemperatur verglichen wird, um einen Temperaturfehler zu ermitteln, und
• c) die bei dem Walzgut vermeintlich auftretende Temperaturänderung in Abhängigkeit von dem Temperaturfehler abgeändert wird.

7. Temperatursteuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall, in dem die Kraft gemessen wird, groß genug ist, daß die Auswirkung von Exzentrizitätsabweichungen der Walzen vernachlässigbar ist.

8. Temperatursteuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Anwendung in einer Warmbandwalzstraße mit wenigstens zwei Walzwerksständern und wenigstens jeweils einem zwischen zwei Walzwerksständern angeordneten Wassersprühzerstäuber, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Kraft, die Bestimmung der Dickenverringerung, die Ermittlung des Verformungswiderstandes und die Bestimmung der eventuell auftretenden Temperaturänderung für alle Walzwerksständer durchgeführt wird.

9. Temperatursteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vermeintlich auftretende Temperaturänderung Δ T sich aus der Beziehung: errechnet, worin bedeutet: F= auf das Walzgut ausgeübte Kraft;Δ h= Verringerung der Walzgutdicke; 0= Zustände zu einem gegebenen Zeitpunkt; und i= Zustände nach einem vorherbestimmten Zeitintervall oder Walzgutlängenintervall.

10. Temperatursteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vermeintlich auftretende Temperaturänderung Δ T sich aus der Beziehung errechnet, worin bedeutet: F= auf das Walzgut ausgeübte Kraft;Δ h= Verringerung der Walzgutdicke; = Geschwindigkeit, in der die Walzgutdickenverringerung auftritt; 0= Zustände zu einem gegebenen Zeitpunkt; i= Zustände nach einem vorherbestimmten Zeit- oder Walzgutlängenintervall.

11. Temperatursteuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vermeintlich auftretende Temperaturänderung Δ T sich aus der Beziehung errechnet, worin bedeutet: F= auf das Walzgut ausgeübte Kraft;Δ h= Verringerung der Walzgutdicke; = Geschwindigkeit, in der die Walzgutdickenverringerung auftritt;Δ T _FB = Temperaturkorrektur von einem gesonderten Sensor; 0= Zustände zu einem gegebenen Zeitpunkt; i= Zustände nach einem vorherbestimmten Zeit- oder Walzgutlängenintervall.

12. Temperatursteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich der vermeintlich auftretenden Temperaturänderung Δ T mit der kumulativen erwarteten Änderung der Walzguttemperatur nach den folgenden Beziehungen ausgeführt wird: wenn wird der Wassersprühzerstäuber, falls verfügbar, in Betrieb gesetzt; wenn wird der Wassersprühzerstäuber außer Betrieb gesetzt, wobei ist und K _j = Variable, die von der axialen Ausdehnung und Durchflußmenge des Wassersprühzerstäubers, der spezifischen Wärme, der Dichte und dem Wärmeübergangskoeffizienten des Walzguts sowie von der Anzahl der in Betrieb befindlichen Elemente des Wassersprühzerstäubers abhängt,Δ T _sj = erwartete Änderung der Walzguttemperatur infolge des Sprühelementes j;T _s = Walzguttemperatur;T _w = Wassertemperatur;h= Dicke des Walzguts;v= Geschwindigkeit des Walzguts;n= Anzahl der einzeln steuerbaren Wassersprühelemente zwischen benachbarten Walzwerkständern undD= ein vorherbestimmter Temperaturanteil, der etwa der Hälfte der erwarteten Temperaturänderung des Walzguts als Folge eines in Betrieb befindlichen Sprühelementes entspricht.