DE3206877A1

DE3206877A1 - "verfahren zum steuern eines waermofens"

Info

Publication number: DE3206877A1
Application number: DE19823206877
Authority: DE
Inventors: Donald John Virginia Fapiano
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1981-03-02
Filing date: 1982-02-26
Publication date: 1982-09-16
Also published as: GB2093962A; DE3206877C2; JPS57161034A; JPH0115568B2; CA1170767A; US4330263A; GB2093962B

Description

• ·

Beschreibung

Verfahren zum Steuern eines Wärmofens

Erfindung bezieht sich allgemein auf die Steuerung von Wärmöfen, die in Verbindung mit Metallwalzwerken benutzt werden, und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Steuern des Gebrauchs des Ofens zum Steuern der Veränderungen im Verformungswiderstand eines zu walzenden Werkstückes, die durch das Vorhandensein von Gleitschienen verursacht werden, auf denen das Werkstück ruht, während es sich in einem Teil des Ofens befindet.

Auf dem Gebiet des Metallwalzens ist es übliche Praxis,
einen Wärmofen zu verwenden, um Brammen oder metallische Werkstücke auf die richtige Temperatur für das anschließende Walzen zu bringen. Solche öfen enthalten normalerweise wenigstens eine sogenannte Heizzone und eine Durch-

wärmzone. In der Heizzone wird dem Werkstück üblicherweise Wärme durch Brenner zugeführt, die oberhalb und unterhalb der Bramme oder des Werkstückes angeordnet sind, das durch den Ofen geschoben wird, während es auf mehreren Gleitschienen ruht. Ziemlich häufig haben diese Gleitschienen die Form von langen Rohren, die sich über die Länge der Heizzone erstrecken und durch deren Inneres ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, hindurchgeleitet wird, um eine zu schnelle Verschlechterung der Rohre zu ·* * verhindern und die Festigkeit dar Rohre aufrechtzuerhalten. Isoliermaterial, wie beispielsweise Keramik, 1st auf das Rohr aufgebracht, so daß das Werkstück tatsäch- -_m , , lieh auf dem Isoliermaterial ruht. Die Isolierung ist jedoch nicht vollkommen. Darüber hinaus decken die Gleitschienen das Werkstück gegen die Brenner ab, so daß Temperaturgradienten (üblicherweise als Gleitschienenspuren bezeichnet) innerhalb des metallischen Werkstückes vorhanden sind. Diese Gradienten führen, wenn zugelassen wird, daß sie auch noch zur Zeit des Walzens vorhanden sind, zu Differenzen in dem Verformungswiderstand des Materials und vergrößern die Schwierigkeit, Metall mit gleichbleibender Dicke zu walzen.

Wenn die metallischen Werkstücke in derselben Richtung, in der sie gewalzt werden, durch den Ofen geschoben würden, so würden sich die Gleitschienenspuren über die Länge des Walzweges erstrecken und würden kein großes Problem verursachen. Ein solches System würde jedoch den Ofen übermäßig lang machen, weshalb es übliche Praxis ist, die Brammen so durch den Ofen zu schieben, daß sie derart auf den Gleitschienen ruhen, daß die Gleitschienenspuren quer zur Walzrichtung angeordnet sind. In diesem Fall stellen die Gleitschienenspuren aber eine periodi-

sehe Veränderung in der Materialhärte während des Walzens dar, die hinsichtlich des Aufrechterhaltens einer gleichbleibenden Materialdicke Probleme mit sich bringt.

Es ist bereits viel über Gleitschienenspuren und deren Auswirkungen geschrieben worden, und es sind bei der Konstruktion der Gleitschienen große Anstrengungen gemaseht worden, um diese Auswirkungen zu minimieren. Zum besseren Verständnis von Gleitschienenspuren und der mit diesen verbundenen Probleme wird auf folgende Aufsätze verwiesen: "Influence of Skid Mark Design on Skid Mark Formation", R.L. Howells, et al, Journal of the Iron and Steel Institute, Januar 1972; "Formation of Skid Marks in a Slab-Reheating Furnace", F.M. Slater, The Iron and Steel Engineer's Group of the Iron and Steel Institute, Energy Management of Iron and Steel Works, Veröffentlichungsnummer 105, London, England, April 1967 (S. 151 - und 174), und "Where Does the Energy Go? Design Basis vs. Average Monthly Operation", James E. Hovis, Iron and Steel Engineer, Dezember 1978.

Eine automatische DickenSteuerung steht in den meisten Warmwalzwerken selbstverständlich zur Verfügung, wenn aber die Gleitschienenspuren sehr stark sind, sind solche Dickensteuerungen häufig nicht ausreichend, um die sich ergebenden Veränderungen im Verformungswiderstand des Werkstückes zu kompensieren. Selbst wenn das Dickensteuersystem ausreicht, um diese Veränderungen zu kompensieren, so bleiben doch unerwünschte Veränderungen in der Werkstückform und in der metallurgischen Qualität. Die Durchwärmzone wurde bereits weiter oben erwähnt, und es ist der Hauptzweck der Durchwärmzone, in der das metallische Werkstück nicht auf Gleitschienen ruht, sondern auf einer durchgehenden Fläche, zu gestatten, daß die Gleitschienenspureneffekte verschwinden und die Bram-

men eine gleichmäßigere Temperatur erreichen. Es ist selbstverständlich eine mögliche Lösung, die Brammen für eine ausreichend lange Zeit in der Durchwärmzone zu lassen, um sicherzustellen, daß die Gleitschienenspuren unter allen erwarteten Betriebsbedingungen vollständig beseitigt werden. Das ist in den meisten Fällen praktisch nicht möglich, da es den Ofenwirkungsgrad und die Ofenleistung verringern würde und da es praktische wirtschaftliche Grenzen für die Baulänge der Durchwärmzone gibt. Das ist auch nicht völlig notwendig, da ein gewisser Tem- *. »_t peraturgradient oder Gleitschienenspureneffekt zulässig *·· · ist, solange die Auswirkungen innerhalb zulässiger Gren- !**.·* zen bleiben.

Die mit Gleitschienenspuren verbundenen Probleme werden durch die Tatsache kompliziert, daß, wenn die Isolierung auf den Gleitschienen verschleißt, die Gleitschienenspuren ausgeprägter werden. Die Veränderung kann, wie es in dem oben erwähnten Aufsatz von Hovis angegeben ist, bis zu vier zu eine betragen, je nach dem Zustand der isolierung. Es ist vorgeschlagen worden, ein Modell der erwarteten Gleitschienenspur zu schaffen und die Zeit in der Durchwärmzone als Funktion dieses Modells zu steuern. Da die meisten modernen Warmwalzwerke irgendeine Form von Computersteuerung aufweisen, könnte ohne weiteres mit einem solchen Modell gearbeitet werden. Es ist jedoch nicht praktisch, ein genaues Modell für die Verwendung über lange Zeitspannen zu schaffen, da es nicht möglich ist, genau vorherzusagen, wie die Isolation verschleißen wird.

Ein weiteres Problem, das sich dadurch ergibt, daß es nicht möglich ist, den Isolationsverechleiß genau vprherzusagen, besteht darin, die geeignete Zeit für das Ersetzen der Gleitschienenisolation zu bestimmen. Gegenwärtig

basiert diese Bestimmung auf dem Urteil der Walzwerksbetriebsleitung ohne Berücksichtigung irgendeiner quantitativen Auswertung der Gleitschienenspurenauswirkungen auf die Werkstückqualität.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Steuern eines Wärmofens eines Metallwalzwerkes zu schaffen.

Weiter soll ein Verfahren zum genauen Vorhersagen der .* Zeitdauer, für die ein metallisches Werkstück in einer *..*·* Durchwärmzone des Wärmofens bleiben sollte, damit die Auswirkungen von Gleitschienenspuren in zulässige Grenzen gebracht werden können , geschaffen werden.

Außerdem soll ein Verfahren zum Ermitteln einer Mindestzeitspanne zwischen der Anlieferung eines Werkstückes von den Gleitschienen und dessen Abgabe aus dem Ofen geschaffen werden, um Temperaturgradienten in dem Werkstück zu gestatten, zulässige Grenzwerte für das Walzen zu erreichen.

Ferner soll ein Verfahren geschaffen werden, das maximal zulässige Temperaturgradienten in einem einen Wärmofen verlassenden metallischen Werkstück gewährleistet und gespeicherte Kriterien auf den neuesten Stand bringt, die auf Kräften basieren, welche während des tatsächlichen Walzens beobachtet werden.

Weiter soll ein bleibendes Kriterium zum Definieren des Zustands der Gleitschienenisolierung in einem Wärmofen geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach der Erfindung gelöst, das zuerst für den Ofen einen Anfangsgleitschienen-

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spurkennwert ermittelt, der für die Zeit, zu der das Werkstück die Gleitschienen verläßt und in die Durchwärmzone eintritt, das Verhältnis des Verformungswiderstands des.Werkstückes in dem einer der Gleitschienen unmittelbar benachbarten ersten Gebiet zu dem Verformungswiderstand des Werkstückes in einem zweiten Gebiet, das sich ungefähr in der Mitte zwischen benachbarten Gleitschienen befindet, ausdrückt. Eine Gleitschienenspurabklingkennlinie, die das Abklingen des Gleitschienspurkennwertes in Abhängigkeit von der Zeit definiert, nachdem das Werkstück die Gleitschienen verlassen hat, wird dann ermittelt.

^** Aus den Anfangsgleitschienenspurkennwerten und der Gleit- ;·. ϊ

schienenspurabklingkennlinie wird ein erwartetes Verhältnis des Werkstückverformungswiderstands des ersten Gebietes zu dem Werkstückverformungswiderstand des zweiten Gebietes berechnet. Dieses erwartete Verhältnis wird mit einem vorbestimmten Wert verglichen, und die Zeit, die das Werkstück in der Durchwärmzone bleiben, muß, wird dann eingestellt, um zu gewährleisten, daß das Verhältnis innerhalb zulässiger Grenzen ist. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung, gemäß der die erwarteten Verhältnisse auf den neuesten Stand gebracht werden, werden die tatsächlichen Kräfte, die durch den Durchgang des Werkstückes zwischen den Walzen verursacht werden, beobachtet und mit denjenigen verglichen, die erwartet wurden. Wenn sich die Kräfte von den erwarteten unterscheiden, kann der Anfangsgleitschienenspurkennwert verstellt werden, um Faktoren zu kompensieren, wie Fehler beim Ermitteln des Anfangskennwertes und Änderungen des Kennwertes aufgrund von Verschleiß der Gleitachienanieolation. Der auf den neuesten Stand gebrachte Gleitschlenenspurkennwert wird daher der tatsächlichen Verschlechterung der Gleitschienenisolation folgen und

kann als ein Kriterium für die Gleitschienisolationswartung benutzt werden.

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

Fig. 1 eine vereinfachte Seitenansicht

eines Wärmofens, die dessen typischen und grundsätzlichen Aufbau und dessen Betriebszonen zeigt,

Fig. 2 in einer vereinfachten Draufsicht

das Innere eines Wärmofens, die insbesondere die Gleitschienen zeigt, auf denen die metallischen Werkstücke ruhen, während sie sich durch den Ofen bewegen,

die Fig. 3 und 4 Diagramme, die typische Temperaturgradienten zeigen, wie sie in einem metallischen Werkstück nach dem Verlassen der Gleitschienen des Ofens vorhanden sein könnten,

Fig. 5 · ein Diagramm, welches das Verhält

nis des Werkstückverformungswiderstands an den Gleitschienenspuren zu dem Werkstückverformungswiderstand in einem Abstand von den Gleitschienenspuren zeigt,

Fig. 6 ein Diagramm, welches das Abklin

gen des Verformungswiderstands eines metallischen Werkstückes über

— Sf —

der Zeit zeigt,

Fig. 7 ein vereinfachtes Schema, das ein

typisches Walzgerüst zeigt, welches ein Ausgangssignal liefert, das zur Walzkraft proportional ist, und

Fig. 8 ein Diagramm, das Walzkräfte zeigt, ··....*

die beim Walzen eines einzelnen . Werkstückes zu erwarten sind.

Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau und die Arbeitsweise eines typischen Wärmofens, bei dem die Erfindung verwendet werden kann. Der Ofen hat eine Vorheizzone 10, eine Heizzone 12 und eine Durchwärmzone 14. Werkstücke oder Brammen (im folgenden als Brammen bezeichnet) werden einem Lager entnommen und in.den Wärmofen eine nach der anderen über eine Beschickungstür 16 eingebracht, die zu einem Hals 18 und der Vorheizzone 10 führt. Drei derartige Brammen sind mit 22 bezeichnet, und es ist zu erkennen,! daß diese Brammen nicht notwendigerweise dieselbe Dicke haben. Wenn der Ofen vollständig beschickt ist, werden sich die Brammen über die volle Länge des Ofens erstrecken und schließlich aus der Durchwärmzone 14 abgegeben. Ein Abgasstutzen 20, der mit dem Hals 18 verbunden ist, leitet Abgase aus dem Wärmofen ab.

Brammen, die in den Ofen über die Tür 16 eintreten, bewegen sich auf Gleitschienen 24, die sich über den Halsteil 18, die Vorheizzone 10 und die Heizzone 12 erstrekken. Die Vorheizzone 10 hat eine obere Brennwand 26 und eine untere Brennwand 28, in denen Brenner 30 bzw. 32 vorgesehen sind. Von den Brennern 30 und 32 sind üblicherweise mehrere vorhanden, die sich über die Breite

des Ofens erstrecken und zum Aufrechterhalten der Temperatur innerhalb der Vorheizzone.10 dienen. Ebenso hat die Heizzone 12 eine obere und eine untere Brennwand bzw. 36, die Brenner 38 und 40 aufweisen, um die Temperatur innerhalb der Heizzone 12 aufrechtzuerhalten. Ebenso hat die Durchwärmzone 14 eine obere Brennwand 42 mit Brennern 44 zum Aufrechterhalten der Wärme in der Durchwärmzone 14. Ss ist wichtig anzumerken, daß In der Durchwärmzone keine untere Brennwand vorhanden ist und daß die Gleitschienen 24 mit der Heizzone endigen, so daß Brammen, wie die bei 46 dargestellten, in der Duroh- ~ wärmzone auf einer durchgehenden Fläche 48 ruhen.

Wenn der Ofen vollständig beschickt ist, werden sich die Brammen, wie weiter oben erwähnt, über die volle Länge desselben erstrecken. Wenn eine neue Bramme in den Ofen über die Beschickungstür eingebracht wird, werden daher die Brammen auf der Länge des Ofens verschoben, wobei die Bramme am Ende der Durchwärmzone auf eine geneigte Abgaberämpe 50 geschoben wird, um den Ofen über eine Auslaßtür 52 zu verlassen. Brammen, die den Ofen über die Tür 52 verlassen, fallen auf einen Rollentisch 54, der sie zum Walzwerk befördert. Der Ofen wird in Wirklichkeit eine' große Anzahl von Merkmalen aufweisen, die in Fig. 1 nicht dargestellt worden sind, da sie für das Verständnis der Erfindung nicht wesentlich sind. Eine vollständigere Beschreibung des Ofens und seiner Betriebsweise insgesamt findet sich beispielsweise in der US-PS 3 604 695.

Fig. 2 zeigt in schematischer Form und in Draufsicht das innere des Ofens, in welchem mehrere Brammen 22 innerhalb des Halsteils 18 vorhanden sind. Diese Brammen ruhen auf mehreren Gleitschienen 24. In Fig. 2 erstrekken sich die Gleitschienen durch den Hals 18, die Vorheizzone 10 und die Heizzone 12. Die gestrichelten Li-

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nien 23 sollen andeuten, daß die Brammen in einem vollständig beschickten Ofen durchgehend sind, so daß, wenn eine neue Bramme über die Beschickungstür 16 (in Fig. 2 nicht dargestellt) in den Ofen eingebracht und durch Stößel 60 vorgeschoben wird, die Brammen in dem Ofen vorgeschoben und über die geneigte Rampe 50 auf den Rollentisch 54 befördert werden, wie es durch die Bramme 62 dargestellt ist. In Fig. 2 sind nicht sämtliche Brammen gezeigt worden, damit die Gleitschienen 24 besser sichtbar sind. i"','l

Das Verfahren zum Hindurchschieben von Brammen durch den Ofen, das vorstehend beschrieben ist, gilt für "Schieber"-öfen. Bei einer weiteren Methode zum Bewegen von Brammen durch einen Ofen wird ein sogenannter Schwingbalken benutzt, der die gesamte Ofencharge auf beweglichen Trägern anhebt und um eine vorbestimmte Strecke weiterbewegt, normalerweise etwa 0,6 m (two feet), bevor er zu feststehenden Trägern zurückkehrt. Schwingbalkenöfen haben andere Gleitschienenspureneigenschaften, sind aber in denjenigen Einzelheiten gleich, die für die Verwendung der Erfindung wesentlich sind.

Die Fig. 3 und 4 zeigen Temperaturgradienten, wie sie innerhalb einer Bramme während Verweilperioden vorhanden sein können, wenn diese durch die Ofenvorheiz- und -heizzonen geschoben werden, und sie zeigen weiter ein Beispiel für den Aufbau der Gleitschienen selbst. Bezüglich dieser Figuren sei zuerst hinsichtlich der Gleitschienen daran erinnert, daß diese, wie weiter oben erwähnt, häufig gekühlt sind. Die Gleitschienen sind deshalb im Querschnitt als ein Rohr 70 dargestellt, das eine Innenbohrung 72 hat, durch die ein geeignetes Kühl-

mittel, wie beispielsweise Wasser, hindurchgeleitet wird. Ein Isoliermaterial in Form einer Keramikschiene 74 ist auf dem Rohr angebracht, damit eine isolierende Abstützung für das Werkstück vorhanden ist. In den Fig. 3 und 4 sind zwar runde Gleitschienen mit einer Kermaikisolit»- "*** rung dargestellt, eine Vielfalt von anderen Gleitschienenkonfigurationen ist aber bereits bekannt. Bezüglich näherer Einzelheiten wird auf die weiter oben erwähnten Aufsätze verwiesen, insbesondere auf den von Slater. Die Gradientenlinien dienen einfach zu Veranschaulichungs-

^ zwecken und gleichen denjenigen, die in dem Aufsatz von

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Slater gezeigt sind. Fig. 3 zeigt die Temperaturgradienten, die vorhanden sein können, nachdem die Bramme für eine erste Zeitspanne, beispielsweise eine halbe Stunde, auf den Gleitschienen gewesen ist. Es ist zu erkennen, daß, obgleich die Isolierung zwischen dem Rohr 70 und der Bramme selbst vorgesehen ist, diese Isolierung nicht vollkommen ist und eine gewisse Wärmemenge von der Bramme zu dem Rohr übertragen wird. Darüberhinaus deckt die Gleitschiene die Bramme vor der Strahlungswärme ab. In dem Teil der Bramme, der sich unmittelbar an der Gleitschiene befindet, könnte daher die Temperatur in dem Bereich von 700 ⁰C liegen. Mit zunehmendem Abstand von der Gleitschiene nimmt die Brammentemperatur zu, so daß, in diesem Beispiel, die Brammentemperatur sich im von der Gleitschiene entferntesten Punkt 1100 ⁰C nähern könnte. Fig. 4 zeigt, daß, wenn die Bramme für eine längere Zeitspanne auf den Gleitschienen bleibt, beispielsweise für eine Stunde, die Gesamttemperatur der Bramme 76 zunimmt, die Temperaturgradienten aber bleiben. Die Darstellungen in dan Fig. 3 und 4 dienen selbstverständlich nur zur Veranschaulichung, und der genaue Temperaturgradient wird sich gemäß einer Anzahl von Faktoren verändern, wie den Brammenabmessungen, der Ofenkonfiguration und der tat-

sächlichen Gleitschienenkonstruktion, die verwendet wird. Die meisten dieser Paktoren sind für einen bestimmten Ofen und für eine Bramme mit bekannten Abmessungen und bekannter Zusammensetzung relativ konstant oder vorhersagbar. Eine große Variable ist jedoch diejenige, die durch den Isolationsyerschleiß auftritt, der durch die Bewegung der Brammen durch den Ofen verursacht wird. Es ist leicht einzusehen, daß bei größerem Verschleiß der Isolierwert des Materials abnehmen wird und daher die Temperaturgradienten ausgeprägter werden. . ;**;*!

Nachdem die Brammen die Heizzone (und die Gleitschienen) verlassen haben und sich in der Durchwärmzone befinden, ruhen sie auf einer durchgehenden Fläche. Die Temperaturgrantientenlinien werden nun geringer, und die Bramme als ganzes wird sich einer gleichmäßigeren Temperatur nähern. Je länger die Zeit ist, während der die Brammen in der Durchwärmzone bleiben, um so weniger ausgeprägt werden die Temperaturgradienten innerhalb der Bramme sein. Es können jedoch, wie weiter oben erwähnt, Faktoren, wie Produktionspläne, die Verweilzeit in der Durchwärmzone begrenzen.

Während sich die von oben nach unten gehenden Temperaturgradienten nach dem Verlassen der wassergekühlten Gleitschienen in mehreren Minuten ausgleichen werden, werden die Längsgradienten, die einen viel größeren Wärmeübertragungsweg darstellen, in der normalen Durchwärmzonenverweilzeit nicht vollständig verschwinden. Während des Walzens wird sich deshalb die mittlere Temperatur über der Brammendicke auf der Brammenlänge verändern.

Der Verformungswiderstand 3F/BH verändert sich, mit der Temperatur gemäß bekannten Beziehungen,- die beispielsweise

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in der weiter oben erwähnten US-PS 3 628 358 beschrieben sind. Die Veränderungen der mittleren Temperatur werden deshalb als Veränderungen des Verformungswiderstands zur Zeit des Walzens erscheinen. Da diese Änderungen des Verformungswiderstands und die sich ergebenden Dickenänderungen bei WaIzvorgängen von hauptsächlicher Bedeutung sind, ist es zweckmäßig, die Gleitschienenspurintensität durch den relativen Verformungswiderstand über der Brammenlänge auszudrücken.

Fig. 5 zeigt ein typisches Diagramm des relativen Verformungswiderstands, RVW, welcher das Verhältnis des Verformungswiderstands 3f/3h in verschiedenen Positionen längs der Bramme zu dem minimalen Verformungswiderstand darstellt,der, wie weiter oben erwähnt, ungefähr in der Mitte zwischen benachbarten Gleitschienenspuren in dem Augenblick auftreten würde, in welchem die Bramme die Gleitschienen verläßt. Die tatsächlichen Werte würden sich selbstverständlich mit den Abmessungen der Bramme, der Zeitdauer in dem Ofen, usw. ändern, und Fig. 5 ist deshalb nur eine zur Veranschaulichung dienende Darstellung. Der Wert SM wird als der Wert des relativen Verformungswiderstands auf der Gleitschienenmittellinie definiert. Der Wert von SM ist in diesem besonderen Beispiel ungefähr gleich 1,50. Das bedeutet, daß, wenn die Bramme in diesem Augenblick gewalzt würde, die Walzkraft bei der Gleitschienenspur etwa 50% größer wäre als die Kraft in der Mitte zwischen den Gleitschienenspuren.

Der erste Schritt des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, einen Anfangsgleitschienenspurkennwert SM festzulegen, den die Bramme haben wird, wenn sie in die Durchwärmzone eintritt. Ein solcher Kennwert kann zwar mathematisch durch Methoden ermittelt werden, wie sie in dem eingangs erwähnten Aufsatz von Slater angegeben sind,

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ein praktischerer Weg zum Wählen dieses Anfangskennwertes besteht jedoch darin, ihn aus empirisch gewonnenen Werten auszuwählen, die auf früheren Walzvorgängen basieren, was im folgen näher beschrieben ist. Basierend auf diesen Werten und durch die Verwendung einer Abklingkennlinie, wie sie anschließend mit Bezug auf Fig. 6 beschrie- " ben wird, kann ein Anfangswert von SM für die Bramme, **"" wenn diese in die Durchwärmzone des Ofens eintritt, gewonnen werden. Diese Werte, die hauptsächlich von den Brammenabmessungen und von der Verweilzeit in der Heizzone abhängig sind, können aufbewahrt werden, beispielsweise durch Abspeichern in dem Speicher eines Computers.

Fig. 6 zeigt eine typische Gleitschienenspurabklingkennlinie, die in Abhängigkeit von der Zeit, die die Bramme in der Durchwärmzone bleibt, den Gleitschienenspurkennwert SM angibt. Die Kennwerte SM, die in Fig. 6 gezeigt sind, sind eine Fortsetzung des Beispiels, das mit Bezug auf Fig. 5 begonnen worden ist, d.h. der Anfangs-SM-Wert SM_Q beträgt etwa 1,50. Diese Kurven gleichen denjenigen, die in dem oben erwähnten Aufsatz von Howell et al angegeben sind. Es sind drei Kurven gezeigt, die drei mögliche Methoden zum Bestimmen der erforderliehen Werte veranschaulichen, wobei eine geeignete Ausrüstung, wie ein Computer 86 (Fig. 7, die weiter unten, erläutert ist), benutzt wird. Die als ausgezogene Linie dargestellte Kurve ist eine tatsächliche Abklingkennlinie, wie sie empirisch oder gemäß festgesetzten Modellen als Ausgangspunkt ermittelt würde und in dem Computer in Form von Suchtabeilen gespeichert sein könnte. Für den Fall, daß es nicht erwünscht ist, Suchtabellen zu verwenden, ist eine alternative Methode durch die gestrichelte Linie veranschaulicht, die die Exponential-

-t/TC
gleichung SM = SM e ' darstellt. In dieser Gleichung stellt SM den Gleitschienenspurwert nach der Zeit t dar, SM den Gleitschienenspur kennwert, e die Grundkonstante, die ungefähr gleich 2,718 ist, und TC eine Zeitkonstante, die berechnet oder empirisch gewonnen wird und sich mit der Brammendicke ändert. Die strichpunktierte Linie in Fig. 6 stellt eine dritte Möglichkeit des Speicherns der Gleitschienenspurabklingkennlinie in dem Computer durch Verwendung von zwei unterschiedlichen Zeitkonstanten für aufeinanderfolgende Zeitspannen gemäß der oben angegebenen Gleichung dar und führt zu einer engeren Annäherung an die tatsächliche Abklingkennlinie als es mit der einzelnen Exponentialgleichung möglich wäre. Die erste Zeitspanne der strichpunktierten Kurve reicht, wie dargestellt, von O bis 5 Einheiten, während die zweite Zeitspanne bei 5 Einheiten begännt. Die verwendeten Werte von SM würden diejenigen sein, die am Beginn der betreffenden Zeitspannen vorhanden sind, und die Werte von TC würden selbstverständlich für jede der beiden Zeitspannen verschieden sein. Wenn noch eine größere Genauigkeit erwünscht ist, könnte eine größere Anzahl von Zeitspannen benutzt werden.

Es sei angemerkt, daß zwar nur eine einzelne Kennlinie (für drei Herleitungen) in Fig. 6 gezeigt ist, daß jedoch in der Praxis eine Schar von solchen Kurven vorhanden sein würde. Hauptsächlich für einen bestimmten Ofen würden die verschiedenen Kurven der Schar jeweils einer besonderen Brammendicke (oder einem Bereich von Dicken, je nach der gewünschten Genauigkeit) zugeordnet sein. Wenn eine größere Differenziertheit und eine größere Genauigkeit erwünscht sind, könnte die Kurvenschar weiter mit Parametern, wie der Brammenbreite und dem Material der Bramme, korreliert werden.

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Weiter wird dann gemäß dem Verfahren nach der Erfindung, wie weiter oben beschrieben, zuerst ein erwarteter Anfangsgleitschienenspurkennwert für die besondere Bramme festgelegt, wenn diese die Gleitschienen der Ofenheizzone verläßt und in die Durchwärmzone eintritt. Der besondere Kennwert, der gewählt wird, basiert auf bekann- ", ten Parametern, wie den Brammenabmessungen, dem Brammen- ;**** material und der Länge der Zeit, während der die Bramme ;, ·. innerhalb der Heizzone (n) war. Eine Gleitschienenspur- * _# ^#* abklingkennlinie, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist, wird ,",', dann benutzt, um zu bestimmen, wie lange die Bramme in ,*" ',

der Durchwärmzone bleiben muß, um einen geeigneten Wert · "··" von SM zu erreichen, der das Walzen gemäß den Grenzen und Möglichkeiten des gesamten Walzwerks, insbesondere der automatischen Dickensteuerung, gestattet. In dem dargestellten Beispiel, für das die in Fig. 6 mit ausgezogener Linie dargestellte Kurve verwendet und vorausgesetzt wurde, daß der Anfangsgleitschienenspurkennwert SM 1,50 betrug und daß bekannt war, daß das Walzwerk in der Lage ist, Verhältnisänderungen über 1,1 nicht ausreichend zu kompensieren, ist zu erkennen, daß die Bramme für ungefähr elf Zeiteinheiten, wie dargestellt, in der Durchwärmzone bleiben müßte. Mit diesen k bekannten Tatsachen könnten daher der Gesamtwalzwerksplan und die Vorschubgesohwindigkeit in dem Ofen eingestellt werden, um zu gewährleisten, daß das Werkstück für eine ausreichend lange Zeit in der Durchwärmzone bleibt, um die maximal zulässigen Auswirkungen von den Gleitschienenspuren her zu erzielen. Das Einstellen des Betriebstaktes könnte automatisch erfolgen oder der Bedienungsperson überlassen werden. In jedem Fall könnte die Gleitschienenspurintensität SM der Walzwerksbedienungsperson für die als nächste aus dem Ofen abzugebende Bramme angezeigt werden, um sie mit einem ständigen

quantitativen Meßwert der Stärke der Gleitschienenspur zu versorgen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können das addaptive Auf-den-neuesten-Stand-bringen der gespeicherten erwarteten Anfangswerte von SM und die Gleitschlenenspurabklingkennlinie (Fig. 6) durch die Verwendung von tatsächlichen Kraftmessungen gemacht werden, was im folgenden erläutert ist.

Fig. 7 zeigt in stark vereinfachter Form ein Walzwerk, in welchem eine Bramme 76 zwischen zwei Arheitswalzen 78 und 80 hindurchgeführt wird, um die Dicke dieser Bramme ■von einer Eintrittsdicke H₁ auf eine Austrittsdicke H₀ zu verringern. Auf bekannte Weise werden die Walzen 78 und 80 durch eine geeignete Vorrichtung, wie beispielsweise Elektromotoren, angetrieben. Die Walzen werden zum Verringern der Dicke des Werkstückes durch eine geeignete Belastungsvorrichtung, die als ein Anstellsystem 82 dargestellt ist, in einem vorgeschriebenen gegenseitigen Abstand gehalten. Die Kraft, die durch das Hindurchführen der Bramme durch die Walzen verursacht wird, kann durch eine herkömmliche Kraftmeßdose gemessen werden, die durch einen Block 84 dargestellt ist, und diese Kraftwerte können einem Verarbeitungssystem zugeführt werden, das insgesamt als ein Computer 86 dargestellt ist. Der Computer 86 verarbeitet auf bekannte Weise Eingangssignale, wie die Walzkraft, die Walzgeschwindigkeit, usw., um verschiedene Berechnungen auszuführen und vorgeschriebene Ergebnisse zu liefern. Beispielsweise kann die Walzkraft benutzt werden, um die Temperatur der Bramme herzuleiten, wie es in der US-PS 3 628 358 beschrieben ist.

Fig. 8 zeigt einen typischen Kraftverlauf in Abhängigkeit

von einem Teil der Brammenlänge, wie er beobachtet werden könnte, wenn die Kraftmeßwerte aus der Kraftmeßdose 84 von Fig. 7 aufgetragen werden. Die Linie R stellt die mittlere Kraft dar, die bei dem Dickenverringerungsprozess erforderlich ist, und die Steigung dieser Linie ist eine Angabe der Tatsache, daß, wenn die Bramme durch den Walzspalt hindurchgeht, das Hinterende kühler sein wird als das Kopfende, und zwar wegen der längeren Zeit seit dem Verlassen des Ofens. Die erforderliche Gesamt- * " kraft für die Dickenverringerung wird deshalb größer ·*·«*. sein. Die Kraftexzentrizitäten des Kopf- und des Hinterendes der Bramme sind in Fig. 8 weggelassen worden, da sie nicht dem insgesamt gleichmäßigen Muster der zentraleren Teile der Brammen folgen werden. Bekanntlich bestimmt die Kraft, die zum Erzielen der gewünschten Verformung erforderlich ist, den Verformungswiderstand, der normalerweise durch das Ausmaß an Kraftänderung bestimmt wird, das erforderlich ist, um eine Änderung in der Dicke zu erhalten. Die Linie A, die sich insgesamt periodisch ändert, stellt die tatsächlichen Kraftbeobachtungen dar, die auftreten könnten, wenn die Bramme gewalzt wird. Es ist zu erkennen, daß sich die Linie A von einem maximalen Kraftwert bei B, der dem Teil der Bramme entspricht, welcher sich direkt über der Gleitschiene befand (die niedrigste Temperatur), auf einen Minimalwert bei C ändert, der normalerweise einem Teil der Bramme in der Mitte zwischen benachbarten Gleitschienen (der höchsten Temperatur) entsprechen wird. Der Wert D stellt die maximale Abweichung unterhalb der mittleren Kraft dar, während der Wert E die maximale Abweichung oberhalb der mittleren Kraft darstellt, die beim Walzen der Bramme erforderlich sein würde.

Da es erforderlich ist, den Gleitschienenspureinfluß von dem

Einfluß zu trennen/ den die Temperaturgradienten vom Kopf- zum Hinterende haben, muß einige Sorgfalt auf das Interpretieren des tatsächlichen Kraftprofils verwendet werden.

Ein Verfahren besteht darin, Kraftwerte zu speichern, die in vorbestimmten Intervallen der Werkstücklänge erhalten worden sind. Beispielsweise in einem Vorgerüst eines Warmbandwalzwerks könnten diese Intervalle 0,3 0,6 m (1-2.feet) der Werkstücklänge darstellen. Nach dem Ausscheiden der Meßwerte in den Längenintervallen innerhalb von etwa 0,6 m (two feet) von jedem Ende aus wird eine lineare Gleichung, die die Kraft zur Werkstücklänge in Beziehung setzt, unter Anwendung des Verfahrens der linearen Regression berechnet. Das ist in Fig. 8 graphisch als Linie R_ dargestellt. Die Linie F wird mit einer Steigung berechnet, die gleich der Steigung der Linie R_L ist, wobei die Berechnung so abgeschnitten wird, daß ein vorbestimmter Prozentsatz der Kraftmeßwerte oberhalb der Linie F liegt. Auf gleiche Weise wird eine Linie G so berechnet, daß sie oberhalb eines vorbestimmten Prozentsatzes von Kraftmeßwerten liegt. Die Meßwerte, die außerhalb des Bandes liegen, das sich zwischen den Linien F und G befindet, sollte etwa 5% bis 10% der gesamten Kraftmeßwerte betragen.

Der Wert der Linie F auf der Mitte der Länge dividiert durch den Wert der Linie G auf der Mitte der Länge kann als der laufende Gleitschienenspurwert definiert werden. Er wird am besten sobald wie praktisch möglich gewonnen, nachdem das Werkstück den Ofen verlassen hat, also beispielsweise bei dem ersten oder zweiten Durchlauf in einem Reversierwalzwerk oder dem ersten oder zweiten Gerüst eines kontinuierlichen Walzwerks.

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Wenn die Walzkraftänderungen, die auftreten, wenn die Bramme tatsächlich gewalzt wird, nicht mit den erwarteten Änderungen übereinstimmen, dann wird angenommen, daß der Gleitschienenspurkennwert SM fehlerhaft ist. Die beobachteten Änderungsdaten können dann auf bekannte Weise zum adaptiven Auf-den-neuesten-Stand-bringen benutzt werden, um den SM -Wert zu modifizieren.

Der gemessene Wert von SM wird mit der Abklingkurve von Fig. 6 und mit der bekannten verstrichenen Zeit seit.dem Verlassen der Gleitschienen benutzt, um einen neuen Schätzwert von SM zu berechnen. Während der Anfangsoperationen können die SM -Werte mit hohen Verstärkungen auf den neuesten Stand gebracht werden, was es unnötig macht, daß genaue AnfangsSchätzwerte von SM für einen besonderen Ofen vorliegen. Die Strategie des Auf-denneuesten-Stand-bringens während des Anfangs könnte beispielsweise so aussehen:

SM_o (neu) = SM_o(alt)-0,8 + SM_Q (berechnet) ·0,2. Nachdem zwanzig bis dreißig Brammen gewalzt worden sind, kann die Gewichtung von SM_Q(berechnet) von dem Wert 0,2 auf ungefähr 0,03 - 0,05 verringert werden, damit sich eine größere Stabilität ergibt.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die zusätzliche gewonnene Kenntnis bezüglich der Verwendung des Gleitsehienenspurkennwerts SM als Angabe über den Zustand der Gleitschienenisolation. Wenn die Isolation verschleißt, verliert die Bramme größere Wärmemengen dort, wo sie auf den Gleitschienen ruht. Der laufende Wert von SM_Q kann als eine Angabe über den Isolationszustand benutzt werden .

Vorstehend ist zwar die gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden, für den Fachmann

liegen jedoch Modifizierungen auf der Hand. Beispielsweise sind der Anfangsgleitschienenspurkennwert SM und seine Abklingkennlinien, ausgedrückt durch den relativen Verformungswiderstand, beschrieben worden, da das den späteren Vergleich mit den Walzkräften vereinfacht. Es ist aber möglich und im wesentlichen gleichwertig,. den Anfangsgleitschienenspurkennwert und seine Abklingkennlinie durch die effektive Temperaturdifferenz auszudrücken. Die beobachteten Walzkraftänderungen würden dann in äquivalente Temperaturdifferenzen umgewandelt werden, die benutzt werden, um den Anfangsgleitschienenspurkennwert auf den neuesten Stand zu bringen. Die Erfindung soll sich deshalb nicht auf die gezeigte und beschriebene besondere Ausführungsform beschränken.

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Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zum Steuern eines Wärmofens mit wenigstens einer Heizzone, die Gleitschienen enthält, über die metallische Werkstücke bewegt werden, und mit einer Durchwärmzone, in der diese Werkstücke für eine Zeitspanne nach dem Verlassen der Gleitschienen der Heizzone verweilen, bevor auf sie durch ein Metallwalzwerk eingewirkt wird, um die Änderungen im Verformungswiderstand des Werkstückes während der Walzvorgänge aufgrund von Temperaturänderungen in dem Werkstück, die aus der Berührung mit den Gleitschienen resultieren, zu begrenzen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Pestlegen eines Anfangsgleitschienenspurkennwerts für den Ofen und das Werkstück, der für die Zeit, zu der das Werkstück die Gleitschienen verläßt und in die Durchwärmzone eintritt, das erwartete Verhältnis des Verformungswider-

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dun Werkstückes in wonicjaL-.oiu; ο I nein ersten Gebiet, das einer der Gleitschienen unmittelbar benachbart war, zu dem Verformungswiderstand eines Werkstückes in einem zweiten Gebiet, das sich ungefähr in der Mitte zwischen benachbarten Gleitschienen befand, ausdrückt;

b) Festlegen einer Gleitschienenspurabklingkennlinie, die das Abklingen des Gleitschienenspurkennwerts als Funktion der Zeit, die verstrichen ist, seitdem das Werstück die Gleitschienen verlassen hat, definiert;

c) Bestimmen des erwarteten Verhältnisses des Werkstückverformungswiderstands des ersten Gebietes zu dem Werkstückverformungswiderstand des zweiten Gebietes zu der erwarteten Zeit des Walzens eines Werkstückes aus dem Gleitschienenspurkennwert und der Abklingkennlinie;

d) Vergleichen des erwarteten Verhältnisses mit einem vorbestimmten Wert; und

e) nach Bedarf Einstellen der Zeitspanne, die das Werkstück in der Durchwärmzone bleibt, auf der Basis der Ergebnisse des Vergleiches.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einsteilens der Zeltspannen das Einstellen der Geschwindigkeit, mit der die Werkstücke durch den Ofen hindurchbewegt werden, beinhaltet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Festlegens der Gleitschienenspurabklingkennlinie das Benutzen von Werten beinhaltet, die in einer Suchtabelle in einem Computerspeicher gespeichert sind und eine Kurve definieren.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Festlegens der Gleitschienenspurabklingkennlinie das Speichern von Werten beinhaltet, die in einer Suchtabelle in einem Computerspeicher gespeichert sind und eine empirisch gewonnene Kurve definieren.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Festlegens der Gleitschienenspurabklingkennlinie beinhaltet, in einem Computer wenigstens eine Exponentialgleichung zu speichern, die

I**» eine Näherung der tatsächlichen Abklingkennlinie definiert und folgende allgemeine Form hat:

SM - SM_oe""^t/TC _f wobei: SM = Gleitschienenspur zur Zeit t, SM = Anfangsgleitschienenspurkennwert, e » 2,718,

TC = eine empirisch gewonnene Konstante, t = Zeit des Verlassens der Gleitschienen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Exponentialkurven gespeichert werden, wobei jede Kurve für eine andere Zeitspanne gilt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Verfahren, den Anfangsgleitschienenspurkennwert auf der Basis der tatsächlichen Walzerfahrung auf den neuesten Stand zu bringen, und zwar in folgenden Schritten:

a) Messen der Werkstückverformung über einer vorbestimmten Länge des Werkstückes, wenn dieses gewalzt wird;

b) Bestimmen der Änderung im Werkstückverformungswiderstand, die auf die Auswirkung der Gleitschienen zurückzuführen ist;

c) Berechnen der Anfangsgleitschienenspur, die die
beobachtete Differenz in den Werkstückverformungswiderständen erzeugt haben würde, aus der Gleit-

schienenspurabklingkennlinie und der Zeit, die I*· "' verstrichen ist, seit dem das Werkstück die Gleitschienen verlassen hat; und

d) Einstellen des zuvor bestimmten Anfangsgleitschie- ; I

nenspurkennwerts als Funktion der Differenz zwi- ϊ, *. sehen dem Anfangsgleitschlenenspurkennwert und
einem Anfangsgleitschienenspurkennwert, der die

gemessene Differenz in den Werkstückverformungs- _% ,

• · · widerständen erzeugen würde.