DE3206877C2

DE3206877C2 - Verfahren zum Steuern eines Walzwerk-Wärmofens

Info

Publication number: DE3206877C2
Application number: DE3206877A
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: 1986-07-03
Also published as: JPH0115568B2; GB2093962A; JPS57161034A; CA1170767A; US4330263A; GB2093962B; DE3206877A1

Abstract

Verfahren für einen Wärmofen zum Steuern der Veränderungen im Verformungswiderstand des Werkstückes aufgrund von Temperaturgradienten, die durch die Gleitschienen (24) erzeugt werden. Bei diesem Verfahren wird zuerst für den Ofen und das zu walzende Werkstück ein Anfangsgleitschienenspurkennwert festgesetzt, der für die Zeit, zu der das Werkstück die Gleitschienen (24) verläßt und in die Durchwärmzone (14) eintritt, das Verhältnis des Verformungswiderstands des Werkstückes in einem ersten Gebiet, das den Gleitschienen (24) unmittelbar benachbart ist, 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 Gleitschienenspurkennwerts als Funktion der Zeit definiert, die verstrichen ist, nachdem das Werkstück die Gleitschienen verlassen hat, wird dann festgelegt. Durch Anwendung der Abklingkennlinie und des Anfangsgleitschienenspurkennwerts wird die Zeit bestimmt, für die das Werkstück in der Durchwärmzone (14) bleiben sollte, damit zufriedenstellende Eigenschaften für anschließende Walzvorgänge erzielt werden.

Description

a) Festlegen eines ofenabhängigen Anfangs-Gleitschienenspur-Kennwerts für das Werkstück, der für4ie Zeit, zu der das Werkstück die Gleitschienen verläßt und in die Durchwärmzone eintritt, das erwartete Verhältnis des Verformungswiderstands des Werkstückes in wenigstens einem 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 Gleitschienenspur-Abklingkennlinie, die das Abklingen des Gleitschienenspur-Kennwerts afc Funki? jn der Zeit, die verstrichen ist, seitdem das Werkstück die Gleitschienen verlassen hat, defin^: >rt;

c) Bestimmen des erwarteten Verhältnisses des Werkstückverformungswiderstands aes ersten Gebietes zu dem Werkstückverformungswiderstand des zweiten Gebietes zu der erwarteten Zeit des Walzens eines Werkstückes aus dem Gleitschienenspur-Kennwert 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 Zeitspanne das Einstellen der Vorschubgeschwindigkeit der Werkstücke durch den Ofen beinhaltet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Festlegens der Gleitschienenspur-Abklingkennlinie anhand von wenigstens einer abgespeicherten Kennkurve geschieht, die gegebenenfalls empirisch ergänzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherte Kennkurve wenigstens eine Exponentialgleichung darstellt, die eine Näherung der tatsächlichen Abklingkennlinie definiert und folgende allgemeine Form hat:

SM

20

25

30

35

wert,

TC = eine empirisch gewonnene Konstante,

t = Zeit nach Verlassen der Gleitschienen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Exponentialkurven gespeichert werden, wobei jede Kurve für eine andere Zeitspanne gilt

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangs-Gleitschienenspur-Kennwert auf der Basis der tatsächlichen Walzerfahrung in folgenden Schritten auf den neuesten Stand gebracht wird:

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 Anfangs-Gleitschienenspur, die die beobachtete Differenz in den WerkstückverformunsrsÄiderständen erzeugt haben würde, aus der Gleitschienenspur-Abklingkennlinie und der Zeit, die verstrichen ist, seit dem das Werkstück die Gleitschienen verlassen hat, und

d) Einstellen des zuvor bestimmten Anfangs-Gleitschienenspur-Kennwerts als Funktion der Differenz zwischen dem Anfangs-GIeitschienenspur-Kennwert und einem Anfangs-Gleitschienenspur-Kennwert, der die gemessene Differenz in den Werkstückverformungswiderständen erzeugen würde.

wobei:

SM = Gleitschienenspurkennwert zur Zeit

t, SM = Anfangs-Gleitschienenspur-Kenn-

Die Erfindung bezieht sich allgemeinen 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 ι uht, 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 Durchwärmzone. 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 Gleitsehienen die Form von langen Rohren, die sich über die Länge der Heizzone erstrecken und durch deren Inneres ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, hindurchgeleitet wird, um einen zu schnellen Verschleiß der Rohre zu verhindern und die Festigkeit der Rohre aufrechtzuerhalten. Isoliermaterial, wie beispielsweise Keramik, ist auf das Rohr aufgebracht, so daß das Werkstück tatsächlich auf dem Isoliermaterial ruht. Die Isolierung ist jedoch nicht vollkommen. Darüber hinaus decken die

Gieitschienen 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 wurden, so würdeir sich die Gleitschienenspuren über die Länge des Walzweges erstrecken und wurden kein großes Problem verursachen. Ein solches System würde jedoch den Ofen übermäßig lang machen, weshalb üblicherweise die Brammen quer auf den Gleitschienen durch den Ofen geschoben werden. Demzufolge sind die Gleitschienenspuren quer zur Walzrichtung angeordnet In diesem Fall stellen die Gleitschienenspuren aber eine periodische Veränderung in der Materialhärte während des Walzens dar, die hinsichtlich des Aufrechterhältens einer gleichbleibenden MaUsrialdicke Probleme mit sich bringt

Es ist bereits viel über Gleitschienenspuren und deren Auswirkungen geschrieben worden, and es sind bei der Konkstruktion der Gleitschienen große Anstrengungen gemacht 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 in Iron and Steelworks, Veröffentüchungsnummer 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 li>78.

Eine automatische Dickensteuerung steht in den meisten Warmwalzwerken selbstverständlich 2ur 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, in der das metallische Werkstück nicht auf Gleitschienen ruht, sondern auf einer durchgehenden Fläche, wurde bereits weiter oben erwähnt, und es ist deren Hauptzweck, zu gestatten, daß die Gleitschienenspureneffekte verschwinden und die Brammen 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 Temperaturgradient oder Gleitschienenspureneffekt zulässig ist. solange die Auswirkungen innerhalb zulässiger Grenzen bleiben.

Die mit Gleitschienenspuren verbundenen Probleme werden durch die Tatsache kompliziert, daß bei Verschleiß der Isolierung auf den Gleitschienen die Gleitschienenspuren ausgeprägter werden. Die Veränderung kann, wie es in dem obenerwähnten Aufsatz von Hovis angegeben ist, bis zu vier zu eins 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

ίο 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 Isolationsverschleiß genau vorherzusagen, besteht darin, die geeignete Zeit für das Ersetzen der Gleitschienenisolation zu tr-,timmen. Gegenwärtig basiert diese Bestimmung auf dein Urteil dcr Walzwerksbetriebsleitung ohne Berücksichtigung irgendeiner quantitativen Auswertung der Gleitschienenspuren-Auswirkungen auf die Werkstückqualität

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Steuern eines Wärmofens eines Metallwalzwerkes in der Weise zu schaffen, daß die Zeitdauer, für die ein metallisches Werkstück in einer Durchwärmzone des Wärmofens bleiben sollte, damit die Auswirkungen von Gleitschienenspuren in zulässige Grenzen gebracht werden können, optimiert werden kann.

Ferner soll ein Verfahren geschaffen werden, das maximal zulässige Temperaturgradienten in einem einen Wärmofen verlassenden metallischen Werkstück gewährleistet und gespeicherte Kennwerte auf den neuesten Stand bringt, die auf Kräften basieren, weiche während des tatsächlichen Walzens beobachtet werden.
Weiter soll ein Kennwert zum Definieren des Zustands der Gleitschienenisolierung in einem Wärmofen festgelegt werden können.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach der Erfindung gelöst, das zuerst für der. Ofen einen Anfangs-Gleitschienenspur-Kennwert eines Werkstückes ermittelt, der für die Zeit, zu der das Werkstück die Gleitschienen verläßt und in die Durchwärmzone eintritt, das erwartete 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.

DaM wird eine Gleitschienenspiir-Abklingkennlinie ermittelt, die das Abklingen des Gleitschienenspur-Kennwertes in Abhängigkeit von der Zeit definiert, nachdem das Werkstück die Gleitschienen verlassen hat. Aus den Anfangs-Gleitschienenspur-Kennwerten und der Gleitschienenspur-Abklingkennlinie wird ein erwartetes Verhältnis des Werkstückverformungswiderstands des ersten Gebietes zu dem Werkstückverformungswiderstand des zweiten Gebietes für die Walzzeit 1 berechnet. Dieses erwartete Verhältnis wird mit einem vorbestimmten Wert verglichen. Dementsprechend wird die Zeit, die das Werkstück in der Durchwärmzone bleiben muß, 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 Werkstücks zwischen den Walzen verursacht werden, beobachtet und mit denjenigen verglichen, die erwartet wurden. Wenn sich die Kräfte von den erwarteten unterscheiden, kann der Anfangs-Gleitschienenspur-Kennwert verstellt werden, um Faktoren, wie Fehler beim Ermitteln des Anfangskennwertes und Änderungen des Kennwertes aufgrund von Verschleiß der Gleitschienenisolation zu kompensieren. Der auf den neuesten Stand gebrachte Gleitschienenspur-Kennwert wird daher dem tatsächlichen Verschleiß 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 zeigt

F i g. 1 eine vereinfachte Seitenansicht eines Wärmofens, die dessen typischen und grundsätzlichen Aufbau und dessen Betriebszonen zeigt,

F i g. 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 können,

Fig.5 ein Diagramm, welches das Verhältnis des Werkstückverformungswiderstands an den Gleitschienenspuren zu dem Werkstückverformungswiderstand in einem Abstand von den Gleitschienenspuren zeigt,

Fig.6 ein Diagramm, welches das Abklingen des Verformungswiderstands eines metallischen Werkstükkes über der Zeit zeigt,

F i g. 7 ein vereinfachtes Schema, das ein typisches Walzgerüst zeigt, welches ein Ausgangssignal liefert, das zur Walzkraft proportional ist, und

F i g. 8 ein Diagramm, das Walzkräfte zeigt, die beim Walzen eines einzelnen Werkstückes zu erwarten sind.

F i g. 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 erstrecken. 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 34 bzw. 36, die Brenner 38 und 40 aufweisen, um die Temperatur innerhalb der Heizzone 12 aufrechtzuerhalten. Ebenso hat die Durcnwärmzone 14 eine obere Brennwand 42 mit Brennern 44 zum Aufrechterhalten der Wärme in der Durchwärmzone 14. Es 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 Durchwärmzone auf einer durchgehenden Fläche 48 ruhen.

ίο 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 Abgaberampe 50 geschoben wird, um den Ofen über eine Auslaßtür 52 zu verlassen. Brammen, die den öfen 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 F i g. 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 36 04 695 (bzw. DE-OS 20 59 977).

F i g. 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 erstrecken sich die Gleitschienen durch den Hals 18, die Vorheizzone 10 und die Heizzone 12. Die gestrichelten Linien 23 sollen andeuten, daß die Brammen in einem vollständig beschickten Ofen durchgehend sind, so daß, wenn eine neue Bramme über die Beschickungstür 16 (in F i g. 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 F i g. 2 sind nicht sämtliche Brammen gezeigt worden, damit die Gleitschienen 24 besser sichtbar sind.

Das Verfahren zum Hindurchschieben von Brammen durch den Ofen, das vorstehend beschrieben ist, gilt für Stoß-Öfen. Bei einer weiteren Methode zum Bewegen von Brammen durch einen Ofen wird ein sogenannter Hub-Schwingbalken benutzt, der die gesamte Ofencharge auf beweglichen Trägern anhebt und um eine vorbestimmte Strecke weiterbewegt, normalerwei·": etwa 0,6 m, bevor er zu feststehenden Trägern zurückkehrt Hubbalkenöfen haben andere Gleitschienenspur-Eigenschaften, sind aber in denjenigen Einzelheiten gleich, die für die Verwendung der Erfindung wesentlich sind.

Die F i g. 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 Kühlmittel, 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 Keramikisolierung 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 Veranscha&iichungszwecken und gleichen denjenigen, die in dem Aufsatz von Slater gezeigt sind. F i g. 3 zeigt die Temperaturgradienten, die vorhanden sein können, nachdem die Bramme 76 für eine erste Zeitspanne, beispielsweise eine halbe Stunde, auf den Gleitschienen gewesen ist. Es ist y.u 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. Darüber hinaus 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°C 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° C nähern könnte. F i g. 4 zeigt, daß bei einer längeren Verweildauer der Bramme auf den Gleitschiencn, beispielsweise eine Stunde, die Gesamttemperatur der Bramme 76 zunimmt, die Temperaturgradienten aber bleiben. Die Darstellungen in den F i g. 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 tatsächlichen Gleitschienenkonstruktion, die verwendet wird. Die meisten dieser Faktoren 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 Isolationsverschleiß 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 Temperaturgradientenlinien werden nun geringer, und die Bramme als Ganzes wird sich einer gleichmäßigeren Temperatur nähern. ]e langer 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 Brammendikke auf der Brarnrnerilänge verändern.

Der Verformungswiderstand δΡΙδΗ verändert sich mit der Temperatur gemäß bekannten Beziehungen, die beispielsweise in der US-PS 36 28 358 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 Walzvorgängen von S hauptsächlicher Bedeutung sind, ist es zweckmäßig, die Gleitschienenspur-Intensität durch den relativen Verformungswiderstand über der Brammenlänge auszudrücken.

Fig.5 zeigt ein typisches Diagramm des relativen

ίο Verformungswiderstands (RVW), welcher das Verhältnis des Verformungswiderstands <JF/<JH 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 werden sich selbstverständlich mit den Abmessungen der Bramme, der Zeitdauer in dem Ofen usw. ändern, und F i g. 5 ist deshalb nur eine zur Veranschaulichung dienende Darstellung. Der Wert SMo wird als der Wert des relativen Verformungswiderstands auf der Gleitschienenmittellinie definiert. Der Wert von 5Mo ist in diesem besonderen Beispiel ungefähr gleich 1,50. Das bedeutet, daß die Walzkraft bei der Gleitschienenspur etwa 50% größer wäre als die Kraft in der Mitte zwischen den Gleitschienenspuren, wenn die Bramme in diesem Augenblick gewalzt würde.

Der erste Schritt des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, einen Anfangs-Gleitschienenspur-Kennwert 5Mo 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, ein praktischerer Weg zum Wählen dieses Anfangskennwertes besteht jedoch darin, ihn aus empirisch gewonnenen Werten auszuwählen, die auf früheren Walzvorgängen basieren, was im folgenden näher beschrieben ist. Basierend auf diesen Werten und durch die Verwendung einer Abklingkennlinie, wie sie anschließend mit Bezug auf Fig.6 beschrieben wird, kann ein Anfangswert von 5Mo 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 Gleitschienensp'jr-Abklingkennlinie, die in Abhängigkeit von der Zeit, die die Bramme in der Durchwärmzone bleibt, den Gleitschienenspurkennwert SM angibt. Die Kennwerte SM, die in F i g. 6 gezeigt sind, sind eine Fortsetzung des Beispiels, das mit Bezug auf F i g. 5 begonnen worden ist, d. h. der Anfangs-5M-Wert 5Mo beträgt etwa 1,50. Diese Kurven gleichen denjenigen, die in dem obenerwähnten Aufsatz von Howell et al angegeben sind. Es sind drei Kurven gezeigt, die drei mögliche Methoden zum Bestimmen der erforderlichen Werte veranschaulichen, wobei eine geeignete Ausrüstung, wie ein Computer 86 (F i g. 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 Suchtabeüer·, 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 Exponentialgleichung SM = 5MOe-"⁷*⁷ darstellt In

dieser Gleichung stellt SM den Gleitschienenspur-Kennwert nach der Zeit t dar, 5Mo den Anfangs-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 F i g. 6 stellt eine dritte Möglichkeit des Speicherns der Gleitschienenspur-Abklingkennlinie 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 0 bis 5 Einheiten, während die zweite Zeitspanne bei 5 Einheiten beginnt. Die verwendeten Werte von 5Mo 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 F i g. 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.

Wie oben beschrieben, wird gemäß dem Verfahren nach der Erfindung zuerst ein erwarteter Anfangs-Gleitschienenspur-Kennwert 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 bekannten Parametern, wie den Brammenabmessungen, dem Brammenmaterial und der Länge der Zeit, während der die Bramme innerhalb der Heizzone(n) war. Eine Gleitschienenspur-Abklingkennlinie, wie sie in F i g. 6 gezeigt ist, wird dann benutzt, um zu bestimmen, wie lange die Bramme in der Durchwännzone 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 clem dargestellten Beispiel, für das die in F i g. 6 mit ausgezogener Linie dargestellte Kurve verwendet und vorausgesetzt wurde, daß der Anfangs-Gleitschienenspur-Kennwert SM₀ 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 bekannten Tatsachen könnten daher der Gesamtwalzwerksplan und die Vorschubgeschwindigkeit 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 Gleitschienenspur-Intensität SM der Walzwerksbedienungsperson für die als nächste aus dem Ofen abzugebende Bramme ange7.eigt 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 5Mo und die Gleitschienenspur-Abklingkennlinie (Fig.6) durch die Verwendung von tatsächlichen Kraftmessungen gemacht werden, was im folgenden erläutert ist.

ίο Fig. 7 zeigt in stark vereinfachter Form ein Walzwerk, in welchem eine Bramme 76 zwischen zwei Arbeitswalzen 78 und 80 hindurchgeführt wird, um die Dicke dieser Bramme von einer Eintrittsdicke h\ auf eine Austrittsdicke hj 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 BciäSiüiigSVürrichtung, 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 36 28 358 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 F i g. 7 aufgetragen werden. Die Linie Rl stellt die mittlere Kraft dar, die bei dem Dickenverringerungsprozeß erforderlich ist, und die Steigung dieser Linie beruht auf der Tatsache, daß bei ί'urchgang der Bramme durch den Walzspalt das Hinterende kühler sein wird als das Kopfende, und zwar wegen der längeren Zeit seit dem Verlassen des Ofens. Die erforderliche Gesamtkraft für die Dickenverringerung wird deshalb größer sein. Die Kraftexzentrizitäten des Kopf- und des Hinterendes der Bramme sind in F i g. 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 Line A von einem maximalen Kraftwert bei B, der dem Teil der Bramme entspricht, welcher sich direkt über der Gleitschiene befand (die niedrigeste 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 Gleitschienenspur-Einfluß

von dem Einfluß zu trennen, den die Temperaturgradienten vo"i 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 der Werkstücklänge darstellen. Nach dem Ausscheiden der Meßwerte in den Längenintervallen innerhalb von etwa 0,6 m von jedem Ende aus wird eine lineare Gleichung, die die Kraft zur Werkstücklänge in Beziehung setzt, unter Anwendung des Verfahrens der linearen Regrossion berechnet. Das ist in Fig.8 graphisch als Linie Rl dargestellt. Die Linie Fwird mit einer Steigung berechnet, die gleich der Steigung der Linie Rl ist, wobei die Berechnung so abgeschnitten wird, daß ein vorbestimmter Prozentsat7 Her Kraftmeßwerte oberhalb der Linie Ftiegt. Auf gleiche Weise wird eine Linie G so berech; Jt, daß sie oberhalb eines vorbestimmten Prozentsatzes von Kraftmeßwerten liegt. Die Meßwerte, die außerhalb des Bandes liegen, das sich zwischen den Linien Fund 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 Gleitschienenspur-Kennwert 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.

Wenn die Walzkraftänderungen, die auftreten, wenn die Bramme tatsächlich gewalzt wird, nicht mit den erwarteten Änderungen übereinstimmen, dann wird angenommen, daß der Gleitschienenspur-Kennwert SMo fehlerhaft ist. Die beobachteten Änderungsdaten können dann auf bekannte Weise zum adaptiven Auf-denneuesten-Stand-bringen benutzt werden, um den 5Mo-Wert zu modifizieren.

Der gemessene Wert von SM wird mit der Abklingkurve von F i g. 6 und mit der bekannten verstrichenen Zeit seit dem Verlasen der Gleitschienen benutzt, um einen neuen Schätzwert von 5Mo zu berechnen. Während der Anfangsoperationen können die 5Mb-Werte mit hohen Verstärkungen auf den neuesten Stand gebracht werden, was es unnötig macht, daß genaue Anfangsschätzwerte von SMo für einen besonderen Ofen vorliegen. Die Strategie des Auf-den-neuesten-Standbringens während des Anfangs könnte beispielsweise so aussehen:

5Mo (neu) = SM₀ (alt) · 0,8 + SM₀ (berechnet) · 0,2 Vorstehend ist zwar die gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden, für den Fachmann liegen jedoch Modifizierungen auf der Hand. Beispielsweise sind der Anfangs-Gleitschienenspur-Kennwert 5Mo 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 Anfangs-Gleitschienenspur-Kennwert und seine Abklingkennlinie durch die effektive Temperaturdifferenz auszudrükken. Die beobachteten Walzkraftänderungen wurden dann in äquivalente Temperaturdifferenzen umgewandelt werden, die benutzt werden, um den Anfangs-Gleitschienenspur-Kennwert auf den neuesten Stand zu br.'ngen. Die Erfindung soll sich deshalb nicht auf die gezeigte und beschriebene besondere Ausführungsform beschränken.

Nachdem zwanzig bis dreißig Brammen gewalzt worden sind, kann die Gewichtung von 5Mo (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 Gleitschienenspurkennwerts 5Mo als Angabe über den Zustand der Gleitschienenisolation. Wenn die Isolation verschleißt, verliert die Bramme größere Wärmemengen dort, wo sie auf den Gleitschienen mht. Der laufende Wert von 5Mo kann als eine Angabe über den Isolationszustand benutzt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Steuern eines Walzwerk-Wärmofens mit wenigstens einer Heizzone, die Gleitschienen enthält, über die metallische Werkstücke bewegt werden, und mit einer nachgeordneten Durchwärmzone ohne Gleitschienen, in der diese Werkstücke für eine Zeitspanne verweilen, bevor sie in ein Walzgerüst gelangen, 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: