DE3321104A1

DE3321104A1 - Verfahren zum messen und zur steuerbaren beeinflussung des profils eines rundstabmaterials oder eines aehnlichen werkstuecks

Info

Publication number: DE3321104A1
Application number: DE19833321104
Authority: DE
Inventors: Kohji Inazaki; Toshihiro Muroran Oka
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1982-06-11
Filing date: 1983-06-10
Publication date: 1983-12-15
Also published as: GB2124364B; FR2528333B1; GB8315887D0; FR2528333A1; GB2124364A; DE3321104C2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen einer sich bewegenden Stange bzw. eines sich bewegenden Rundstabmaterials oder eines ähnlichen Werkstücks mit kreisförmigem Querschnitt, das in einem Walzwerk warmgewalzt ist. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zur steuerbaren Beeinflussung des Profils des Werkstücks auf der Basis der Meßwerte.

Profilierte Walzen, zwischen denen eine Bohrung begrenzt wird, werden zum Walzen einer Rundstange bzw. eines Rund-Stabmaterials oder eines ähnlichen Werkstücks verwendet und das Werkstück wird zu einem Profil fertiggewalzt, das weitgehend der echten Kreisform angenähert ist, nachdem das Walzgut wechselweise mit Reduktionsdrücken in horizontalen und vertikalen Richtungen an mehreren WaIzgerüsten beaufschlagt worden ist. Die Querschnittsform oder das Profil des Werkstücks wird im wesentlichen durch den Reduktionsdruck bestimmt, der am Walzgerüst im Bereich der Endstufe einwirkt. Daher sind die Walzen dieses Walzgerüsts sehr genau hinsichtlich der Formgebung ihrer profilierten Teile gefertigt und sie sind austauschbar, um eine Anpassung an unterschiedliche Abmessungen von Erzeugnissen zu erreichen. Beim Walzen eines Rundstabmaterials beispielsweise unter Verwendung derartiger profilierter Walzen besteht jedoch die Neigung, daß die Abmessung A-A des Rundstabmaterials zwischen den Punkten A, A, die in Berührung mit der Oberseite und der Unterseite der zwischen den gegenüberliegenden Walzen gebildeten Kalibrierung sind, sich in Abhängigkeit von dem Walzspalt (diese Abmessung wird nachstehend als eine Oberseite-zu-Unter-

3b soite-Abmessung bezeichnet) befinden. Auch ist die Abmessung B-B zwischen den walzenfreien Abschnitten B, B des

Rundstangenmaterials, die nicht von der Kalibrierung der profilierten Walzen begrenzt ist (diese Abmessung wird nachstehend als eine Breitenabmessung bezeichnet) ebenfalls einer Änderung unterworfen, wobei diese Änderungen in den Figuren 1a bis 1c der Figur 1 dargestellt sind. Die Figuren 1a bis 1c zeigen einen mittelgroßen Walzspalt, einen übermäßig großen Walzspalt und einen extrem kleinen Walzspalt=

Wenn nach einer langen Standzeit des Walzgerüsts ein Verschleiß bzw» ein Abtrag an den Walzen auftritt, ändert sich die Querschnittsform oder das Profil des Erzeugnisses , wie dies in Figur 2 gezeigt ist. In Figur 2 ist ge-

j5 zeigt j daß die Abschnitte X, die als die Schultern oder die Ansätze der Walzen bezeichnet werden, infolge des Metallflusses bewirkt durch das Einwirken des Reduktionsdrucks über die Walzen des Walzengerüsts am stärksten verschleißen bzw. am stärksten abgetragen werden. Die Abmessung X-X (die nachstehend als eine Änsatzabmessung bzw. eine Schulterabmessung bezeichnet wird) wird am größten. Obgleich sich die Position dieser Ansatzabmessung nicht genau bestimmen läßt, ist sie gewöhnlich an einer Position feststellbar, die einen Winkelabstand von etwa 30° von der Breitenabmessung B-B hat. Figur 3 zeigt die Querschnittsform oder das Profil eines gewalzten Rundstabmaterials mit 80 mm Durchmesser. In Figur 3 sind die Durchmesserwerte des Rundstangenmaterials, gemessen an Winkelabständen von 5° mit Hilfe eines Mikrometers graphisch eingetragen und hieraus ist ersichtlich, daß sich die Ansatzabmessung deutlich von den anderen Abmessungen unterscheidet. Die Bereiche D und D', die zwischen den vorstehenden Schultern C, C und C, C begrenzt werden, bezeichnen jeweils die freien Oberflächen und die Bereiche E-E, die orthogonal zu diesen freien Oberflächen D und D' sind, beziehen sich jeweils auf die Ober- und Unterseite. Ein gewalzter Rundstahl hat im allgemeinen eine Querschnitts-

form oder ein Profil entsprechend Figur 3 und das Profil wird anhand eines Schemas bestimmt, bei dem die Schulterabmessung am größten ist und eine der Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung und der Breitenabmessung am kleinstem ist (s- Figur 1b) und eines Schemas, bei dem die Breitenabmessung von allen Abmessungen am größten ist, wie dies aus Figur 1c ersichtlich ist.

2Q Bei bisherigen Walzstraßen ist es jedoch unmöglich, die Querschnittsform oder das Profil eines solchen gewalzten Werkstücks zu erfassen und es war bisher nur möglich, Messungen an Proben vorzunehmen, die von dem Produkt zu Prüfzwecken abgeschnitten wurden oder Prüfungen an abge-

^g kühlten und geteilten Proben des Produkts mit Hilfe einer Grenzlehre oder eines Mikrometers vorgenommen wurden.

Zur Überwindung dieser Probleme wurden verschiedene Vorrichtungen zur Messung eines Rundstabmaterials bzw. einer Rundstange oder eines ähnlichen Werkstücks der umlaufenden Bauart entwickelt und im praktischen Einsatz verwendet.

Vorrichtungen dieser Art sind beispielsweise in der JP-Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 20271/78 (nachstehend als frühere Anmeldung Nr. 1 bezeichnet), JP-Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 23729/78 (nachstehend als frühere Anmeldung Nr. 2 bezeichnet) und JP-Patentanmeldung Nr. 100952/79 (nachstehend als frühere Anmeldung Nr. 3 bezeichnet) beschrieben.

Die frühere Anmeldung Nr. 1 befaßt sich mit der Grundkonzeption einer rotierenden Werkstück-Meßvorrichtung an sich. Die frühere Anmeldung Nr. 2 beschreibt einen Gegenstand, bei dem die Vorrichtung nach der früheren Anmeldung Nr. 1 in Verbindung mit einer Einrichtung zum Anzeigen und

Aufzeichnen spezieller Winkel und gemessener Durchmesserwerte bei diesen Winkeln verwendet wird. Die frühere Anmeldung Nr. 3 beschreibt einen Gegenstand, bei dem die Vorrichtung nach der früheren Anmeldung Nr. 1 in Verbindung mit einer Einrichtung zum Ermitteln und Anzeigen des maximalen und minimalen Durchmesserwertes von allen über den gesamten Umfang hinweg gemessenen Durchmesserwerten verwendet wird.

Von den vorstehend angegebenen früheren Anmeldungen Nr. 1 bis 3 ist die in der früheren Anmeldung Nr. 3 beschriebene Vorrichtung nur zu dem Zweck verwendbar, zu prüfen, ob der Durchmesser eines zu walzenden Werkstücks inner-

£5 halb der vorgegebenen Abmessungstoleranz liegt oder nicht. Die Vorrichtung liefert keinerlei Information zur Beeinflussung oder Einstellung der Abmessungen des Werkstücks". In der JP-Patentanmeldung Nr. 37964/79 (nachstehend als eine frühere Anmeldung Nr. 4 bezeichnet), angemeldet 1979, wird ein Gegenstand beschrieben, bei dem beispielsweise die Vorrichtung gemäß der früheren Anmeldung Nr. 1 mit einer Einrichtung zur Verstärkung bzw. Vergrößerung der Fehler der gemessenen Durchmesserwerte über den gesamten Umfang eines Werkstücks hinweg in Abweichung von der standardisierten tatsächlichen Kreisform verwendet wird, wobei diese Verstärkungseinrichtung auch diese Fehler auf einer Kathodenstrahlröhre zur Anzeige bringt. Diese frühere Anmeldung Nr. 4 ermöglicht, daß das Bedienungspersonal eines Walzwerks Richtwerte im Hinblick auf die Einstellung und die Einflußnahme auf die Abmessung des Werkstücks erhält.

In dem folgenden Beschreibungsteil wird auf den Verschleiß bzw. auf den Abtrag der beispielsweise zum Walzen eines Rundstangenmaterials dienenden Walzen sowie auf die Art und Weise eingegangen, wie der Walzspalt zur Kompensation des Walzabtrags eingestellt bzw. nachgestellt werden kann, wenn ein solcher Abtrag auftritt.

Figur 4a zeigt einen Ausschnitt der oberen linken Hälfte einer oberen Walze, die zum Walzen eines Rundstangenmaterials zwischen dieser und einer unteren Walze dient. In Figur 4a stellt die Stelle A das Profil der Walze im Änfangsstadium des Mitwirkens beim Walzen, d.h. unmittelbar im Anschluß an das Einsetzen der Walze in das Walzgerüst dar und die Stelle B stellt das Profil der Walze im Endstadium des Einwirkens beim Walzen, d.h. unmittel-

2Q bar vor der Umstellung, bedingt durch Verschleiß bzw. Abtrag, dar. Aus Figur 4a ist ersichtlich, daß der Abtrag am stärksten in den Bereichen der rechten und linken Schultern bzw. der rechten und Ixnken Ansätze auftritt, was auf den Zusammenhang zwischen dem Walzkaliber und der Form

^g des in den Spalt zwischen den Walzen einlaufenden Werkstücks (in diesem Fall eine elliptische Form) zurückzuführen ist. Der maximale Abtrag ist in Figur 4a mit 1 bezeichnet. Da die Stelle A zu Beginn derart gewählt ist, daß der Oberseite-zu-Unterseite-Durchmesser des Produkts etwa gleich dem gewünschten Durchmesser D ist, liegt der Durchmesser des Produkts nach Auftreten des Abtrags zwischen D und (D + 1). Der Durchmesserfehler, bezogen auf den Wert von D, ist ohne Ausnahme positiv und wird zu einem großen Wert.

Daher ist es allgemein übliche Praxis, daß die obere Walze um einen Betrag X nach unten verfahren wird, um den maximalen Abtrag 1 zu kompensieren, so daß die Stelle B nunmehr zu der Stelle C in Figur 4b verschoben ist. Nunmehr werden die Abweichungen in positiven und negativen Richtungen verteilt, um die Fehler bzw. Abweichungen von dem gewünschten Durchmesser D so klein wie möglich zu halten. In Figur 4b entsprechen der maximale Durchmesser L und der minimale Durchmesser H des Werkstücks im allgemeinen der Links-Rechts-Schulterabmessung und der Ober-zu-Unterseite-Abmessung. Da die Werte von L und H sich in Abhängigkeit

von dem Walzenabtrag, der Stahlsorte des Werkstücks, der Walztemperatur und in Abhängigkeit von weiteren Einflußgrößen ändern, muß der Walzspalt in jedem Fall derart eingestellt werden, um die Abweichungen bzw. Fehler für L und H von dem gewünschten Durchmesser D so klein wie möglich zu halten.

Bei der Stelle C in Figur 4b liegt der Wert des walzen-

IQ freien Durchmessers B zwischen den Werten für den maximalen und den minimalen Durchmesser L und H. In Figur 4b ist ein Idealfall gezeigt und daher kann der walzenfreie Durchmesser B größer als L oder kleiner als H in Abhängigkeit von den speziellen Umständen werden. Obgleich der Wert für den walzenfreien Durchmesser B nach der Einstellung des Walzspalts so gewählt werden kann, daß der maximale Fehler aller Durchmesser, bezogen auf den gewünschten Durchmesser D unbeeinflußt ist, wenn man voraussetzt, daß der Wert für B zwischen jenem für H und L liegt«, wird der Wert für B vorzugsweise weitgehend jenem Wert für H angenähert, wenn die Produktausstoßleistung Berücksichtigung findet. Die Abmessung B wird dadurch eingestellt oder sie wird dadurch beeinflußt, daß die Spannung bzw. der Zug zwischen den Walzgerüsten oder die eintrittsseitige Form des Werkstücks eingestellt wird. Obgleich die Informationen über B, L und H für die steuerbare Beeinflussung der Abmessungen des Werkstücks unbedingt notwendig sind, haben diese Informationen bisher keinerlei Berücksichtigung gefunden.

Figur 5 zeigt das Profil eines Stahl-Rundstabmaterials mit einem Durchmesser von 100 mm, wenn das Stahl-Rundstabmaterial unter der Bedingung gewalzt wird, daß kein Zug bzw. keine Spannung zwischen den Walzgerüsten vorhanden ist. Die Meßwerte sind eingetragen, die mit Hilfe einer rotierenden Meßvorrichtung ermittelt worden sind. Die Stelle B in Figur 5 stellt das Rundstangenprofil dar, wenn

das Material an der Eintrittsseite des stromauf der rotierenden Meßvorrichtung angeordneten Walzgerüsts einen reduzierten Querschnitt hat. Die Stelle A hingegen stellt das Rundstangenprofil dar, bevor es im Querschnitt reduziert wird. Aus Figur 5 ist ersichtlich, daß der walzenfreie Durchmesser von B₁ zu B₂ als Folge der Reduktion des Querschnitts des eintrittsseitigen Materials reduziert wird.

Die sogenannte Zug- bzw. Spannungssteuerung, die die Spannung bzw. den Zug zwischen den Walzgerüsten derart steuert, daß er Null wird oder einen kleinen Wert annimmt, wurde bisher als eine Methode zur Beeinflussung der Form eines Rundstabmaterials oder eines ähnlichen Werkstücks verwendet. Diese Methode basiert auf dem Gedankengang, den Zug zwischen den Walzgerüsten auf Null oder einen kleinen festen Wert zu regeln, um den Durchmesser B der walzenfreien Oberfläche konstant zu halten, so daß die Gesamtform eines Rundstabmaterials oder eines ähnlichen Werkstückes vergleichmäßigt wird, da beim Walzen eines solchen Werkstücks die Walzkraft im Vergleich zum Walzen von anderen Werkstücken, wie einer dicken Stahlplatte, einem warmgewalzten Stahlband und einem Formstahl klein ist und die Änderung der Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung infolge einer Walzkraftänderung relativ klein ist.

Es ist jedoch zu bemerken, daß die Konstanthaltung des Zugs bzw. der Spannung zwischen den Walzgerüsten nur zur Vergleichmäßigung der Änderungen des walzenfreien Durchmessers B relativ zum gewünschten Durchmesser D über die gesamte Länge des Werkstücks hinweg dient, und daß hiermit nicht notwendigerweise eine solche Änderung so klein wie möglich gehalten wird.

Im Zuge der jüngsten schnellen Fortentwicklung auf dem Gebiet der Elektronik wird nunmehr ein Versuch unternommen, bei dem eine photoelektrische Meßvorrichtung auf der rückwärtigen oder der stromabwärtigen Seite eines Walzgerüsts angeordnet ist, um die verschiedenen Abmessungen eines Rundstabmaterials zu messen und auf der Basis der Meßwerte wird die Einrichtung zum Herabbewegen der Walze im Walzgerüst betätigt, um Einfluß auf die Abmes-

IQ sungen des Rundstabmaterials zu nehmen» Die japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 39066/75 und 39067/75 beschreiben ein Verfahren zum Steuern des Walzspalts oder des Zugs an zwei Walzgerüsten, die stromauf eines speziellen Walzgerüsts angeordnet sind, wobei die Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung und die Breitenabmessung eines das spezielle Walzgerüst verlassenden Rundstabmaterials gemessen wird. Da jedoch ein solches Rundstabmaterial nach dem Walzen gedreht bzw. verwunden wird, ist dieses Verfahren mit dem Nachteil behaftet, daß die Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung und die Breitenabmessung des Rundstangenmaterials nicht auf die notwendige Weise zufriedenstellend selbst dann gemessen werden können, wenn eine optische Profilmeßvorrichtung mit zwei orthogonalen Achsen den Walzen des speziellen Walzgerüsts zugeordnet ist. Selbst wenn ferner die Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung und die Breitenabmessung zufriedenstellend gemessen werden könnten, trägt die Einstellung lediglich der Oberseite-zu-Unterseite'-Abmessung und der Breitenabmessung des Werkstücks nicht notwendigerweise erfolgversprechend zu der Genauigkeit der Abmessungen des Erzeugnisses bei, da die Ansatzabmessung bzw. Schulterabmessung häufig von allen Abmessungen die größte ist, wie dies zuvor beschrieben worden ist.

Die Erfindung zielt daher darauf ab, ein Verfahren zum Messen anzugeben, das Schwierigkeiten der zuvor beschrie-

benen Art beim Stand der Technik überwindet, bei dem

die Kenngrößen der Querschnittsform oder des Profils eines Rundstangenmaterials oder eines ähnlichen zu walzenden Pj Werkstücks zum Zweck der genauen Messung des Profils des Werkstücks Berücksichtigung finden.

Ferner' zielt die Erfindung darauf ab, ein Verfahren zur Beeinflussung bzw. zur Regelung der Abmessung oder des

-^q Profils eines Rundstangenmaterials oder eines ähnlichen zu walzenden Materials anzugeben, bei dem die durch Messung auf die zuvor beschriebene Weise erhaltenen Profilwerte genutzt werden, um den Walzspalt oder die Spannung bzw. den Zug während des Walzens des Werkstücks so einzu-

,c stellen und zu steuern, daß Dimensionsfehler des Werkstücks so klein wie möglich gehalten werden.

Das Verfahren nach der Erfindung zur Messung des Profils eines sich bewegenden Rundstabmaterials oder eines ähnliehen Werkstücks sieht eine Profilmeßvorrichtung vor, die die Querschnittsform oder das Profil des sich bewegenden Werkstücks während ihrer ständigen Drehung um das Werkstück mißt, und ferner zeichnet sich dieses Verfahren dadurch aus, daß die Kennwerte des Profils des Werkstücks zur Ermittlung der Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung, der Breitenabmessung und der Schulterabmessung des Werkstücks auf der Basis der Meßwerte Berücksichtigung finden.

Beim Verfahren nach der Erfindung zur Steuerung bzw. zur steuerbaren Beeinflussung des Profils eines sich bewegenden Rundstabmaterials oder eines ähnlichen zu walzenden Werkstücks werden die Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung, die Breitenabmessung und die Schulterabmessung, die mit dem zuvor beschriebenen Verfahren und vorbestimmter Be-Ziehungen ermittelt wurden, verwendet, um den Walzspalt oder den Zug bzw. die Spannung wenigstens eines Walzge-

rüsts zu steuern.

Insbesondere werden bei dem Verfahren zur steuerbaren Einflußnahme auf das Profil eines Rundstabmaterials oder eines ähnlichen zu walzenden Werkstücks die Werte für die Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung/ die Breitenabmessung und die Schulterabmessung modifiziert oder in Abhängigkeit von einer Änderung der auf das Werkstück einwir- ^q kenden Walζtemperatur korrigiert.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben»

£5 Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigen:

Figuren 1a bis Ic Ansichten zur Verdeutlichung des Profils

eines gewalzten Werkstücks unter Berücksichtigung des Walzspalts,

Figur 2 eine Ansicht zur Verdeutlichung der Art und Weise, wie sich die Form der Schulter bzw. An

sätze der Walzen mit zunehmendem Verschleiß oder zunehmendem Abtrag der Walzen ändert,

Figur 3 eine Ansicht der Querschnittsform oder des Profils eines gewalzten Rundstabmaterials,

Figuren 4a und 4b Ansichten zur Verdeutlichung der Art und Weise, wie der Walzspalt zur Kompensation des Verschleisses bzw. des Abtrags der Walzen korrigiert wird,

Figur 5 eine Darstellung der Profilwerte, die von

einer rotierenden Werkstückmeßvorrichtung für ein Rundstabraaterial mit einem Durchmesser von 100 mm aufgezeichnet sind, das unter der Be

dingung gewalzt ist, daß kein Zug zwischen den Walzgcrüsten vorhanden ist,

Figur 6 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung IQ des Grundprinzips einer Meßvorrichtung nach

der Erfindung,

Figur 7 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung in Figur 6,

Figuren 8a und 8b Diagramme zur Verdeutlichung der Signalverarbeitung,

Figur 9 eine schematische Ansicht einer Anzeigeeinrichtung, die bei der Erfindung Anwendung findet,

Figur 10 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen dem Querschnitt eines Rundstangenmaterials und der Zeitachse,

Figur 11 eine schematische Ansicht einer Grundkonzeption zur steuerbaren Einflußnahme auf das Werkstückprofil nach der Erfindung,

Figuren 12a und 12b Ansichten zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen dem Zug und der Änderung der Breite eines gewalzten Rundstabmaterials,

Figuren 13 und 14 schematische Ansichten von Anlagen, 3[j die zur Durchführung des Verfahrens nach der

Erfindung bestimmt sind,

Figur 15 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen der Walztemperatur und der Breitenstreuung-Rate bei einem gewalzten Rundstabmaterial,

Figur 16 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen dem Profil einer der gegenüberliegenden profilierten Walzen und der oberen XO ' Profilhälfte eines gewalzten Rundstabmaterials,

Figuren 17a und 17b Diagramme zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen der Walzspaltkorrektur und der Änderung der Schulterabmessung,

Figuren 18a bis 18d Diagramme zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen der Walzspaltkorrektur und den Fehlern bzw. Abweichungen der Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung, der Breitenabmessung und der Schulterabmessung von den gewünschten Ab

messungen , und

Figuren 19a und 19b Diagramme zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen der Walzspaltkorrektur und den Fehlern bzw. Abweichungen der Oberseite-zu

Unterseite-Abmessung und der Breitenabmessung von den gewünschten Abmessungen»

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert»

Zuerst soll eine Ausführungsform des Verfahrens zum Messen nach der Erfindung unter Bezugnahme auf Figur 6 näher erläutert werden. Figur 6 zeigt eine rotierende Meßvorrichtung, die vorzugsweise zur Durchführung des Meßverfahrens nach der Erfindung verwendet wird, wenn das Profil

beispielsweise eines Rundstabmaterials 1 gemessen werden soll. Nach Figur 6 geht von einer Lichtquelle 2 abgegebenes Licht durch eine Linse 3, um einen parallelen Lichtstrahl zu erzeugen. Der Schatten des Rundstabmaterials geht durch eine Rezeptorlinse 4, um auf einer photoelektrischen Wandleranordnung 5 fokussiert zu werden. In Figur 6 ist diese photoelektrische Wandleranordnung 5 in Form einer ladungsgekoppelten Einrichtung beispiels-

^O weise ausgelegt. Ein Schiebeimpulssignal wird von einem Impulsgenerator 6 an die photoelektrische Wandleranordnung 5 über eine Schleifringanordnung 8 angelegt, so daß eine Impulsfolge entsprechend der relativen Helligkeit des auf der photoelektrischen Wandleranordnung 5 erzeug-5 ten Bildes von dieser Anordnung geliefert wird/ um mit Hilfe eines Impulszählers 7 gezählt zu werden. Die Durchmesserwerte des Rundstabmaterials 1 umgewandelt in den Impulszählwert werden in einen Rechner 9 eingegeben. Um den Winkelzusammenhang zwischen dem gemessenen Durchmesser des Rundstabmaterials 1 und der Vertikalen festzuhalten, wird ein Ausgangssignal eines Winkelsensors ebenfalls an den Rechner 9 angelegt, mit dem eine Anzeigeeinrichtung 14 verbunden ist.

Figur 7 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der mechanischen Auslegung der Meßvorrichtung, mit der Lichtquelle 2, den Linsen 3, 4, der photoelektrischen Wandleranordnung 5 und der Schleifringanordnung 8 entsprechend Figur 6. Diese Teile sind einstückig auf einem drehbaren Teil 12 angebracht, das sich kontinuierlich in einer vorbestimmten Richtung mit Hilfe eines Motors 10 um die Achse eines stationären Teils 11 dreht. Die Schleifringanordnuny 8, die dazu dient, das Impulssignal an das drehbare Teil 12 anzulegen, dient auch dazu, das Signal über die relative Helligkeit zu übertragen, das an dem rotierenden Teil 12 erfaßt wird. Das rotierende Teil 12

dreht sich mit einer Drehzahl von 45 Upm. Zum Messen eines Querschnitts oder eines Profils des Rundstangenmaterials 1 wird daher eine Zeit von 0,66 Sekunden benötigt, innerhalb der sich das drehbare Teil 12 um einen Winkel von 180° dreht. Der Winkelsensor 13 in Figur 6 ist mit dem Motor 10 gekoppelt und liefert ein Signal für die Winkeldrehung des drehbaren Teils 12, bezogen auf ein Bezugssignal und er liefert auch ein Signal bei

j^O öer Drehung des rotierenden Teils 12 um 180°. Der Durchmesser des Rundstabmaterials 1 wird jedesmal gemessen, i'jenn sich das drehbare Teil 12 um einen Winkel von 6° ge-; dreht hat„ so daß 30 Werte für den Stangenmaterialdurchntesser an den Rechner 9 während einer Drehung des rotierenden Teils 12 um 180° abgegeben werden. Eine solche Profilmeßvorrichtung der Rotationsbauart ist beispielsweise in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 20271/78, der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr, 23729/78 und der japanischen Patentanmeldung Nr. 160952/79 beschrieben, die auf die Erfinder der vorliegenden Anmeldung zurückgehen.

Die Querschnittsform oder das Profil des Rundstabmaterials 1 basierend auf den 30 Durchmesserwerten wird graphisch entsprechend Figur 3 auf der Anzeigeeinrichtung 14 mit Hilfe des Rechners 9 dargestellt.

Das Werkstückmeßverfahren nach der Erfindung wird unter Verwendung der zuvor beschriebenen Meßvorrichtung ausge-

SO führt. Jedesmal wenn der Winkelsensor 13 die θ"-Drehung der Meßteile 2 bis 5 ermittelt, wird das Zählerausgangssignal von dem Impulszähler 7 an den Rechner 9 abgegeben. Das Zählerausgangssignal von dem Impulszähler 7 bezeichnet hierbei den Zählerstand entsprechend dem mittleren Durehmesser, da die Impulsfolgen von der photoelektrischen Wandleranordnuncj 5 während der θ °-Drehung dor Mcßelomento

2 bis 5 kontinuierlich integriert werden. Die η Durchmesserwerteeingänge, die während der 180°-Drehung der Meßelemente 2 bis 5 anliegen, werden in dem Rechner 9 zusammen mit Ziffern zu ihrer Winkelidentifizierung in sequentieller Reihenfolge gespeichert.

Wenn daher die Anzahl der anliegenden Durchmessereingangswerte den Wert η erreicht, werden der walzenfreie Durchmesser B und die maximalen und minimalen Durchmesser L und H, abgesehen von dem walzenfreien Durchmesser B, auf der Basis der Eingangsdaten ermittelt.

Figuren 8a und 8b zeigen Diagramme der auf die zuvor beschriebene Weise erhaltenen Werte. Die stufenförmig verlaufende durchgezogene Kurve in jeder der Figuren 8a und 8b bezieht sich auf Werte, die mit Hilfe eines Schreibgerätes aufgezeichnet wurden, wenn das Ausgangssignal von der rotierenden Meßvorrichtung nach der früheren Anmeldung Nr. 1 an den Schreiber während des Walzens eines Rundstabmaterials mit einem Durchmesser von 100 mm angelegt wird. Das Diagrammblatt wird nach rechts weiterbewegt und das Durchmesserwert-Eingangssignal von der Vorrichtung wird in Längsrichtung aufgezeichnet. Diese Aufzeichnungsweise entspricht dem Fall, bei dem die η Durchmesserwerte, die an der Signalverarbeitungseinheit anliegen, von links nach rechts in der Reihenfolge der anliegenden Eingangswerte aufgezeichnet werden. Die nicht in Klammern gesetzten Winkelangaben in Figur 8a beziehen sich auf den Drehwinkel der Vorrichtung und die Drehung von 180° entspricht der Aufzeichnung aller Durchmesserwerte. Bei diesem Beispiel ist die Änderung der Durchmesserwerte durch eine Regressionskurve Y=A sin θ angenähert. Der in Klammern in Figur 8b eingetragene Winkel bezieht sich auf den Wert von θ auf der Regressionskurve und der Durchmesser bei 9=90° ist der walzenfreie Durchmesser B des Rundstabmaterials.

Figur 8a entspricht dem Änwendungsfall, bei dem eine große Spannung bzw. ein großer Zug zwischen den Walzgerüsten einwirkt oder die Größe des in den Walzenspalt eintretenden Materials ist klein., Daher ist der tatsächliche Wert des Durchmessers bei θ=90° kleiner als der Wert von A sin Figur 8b entspricht einem hierzu konträren Beispiel und der tatsächliche Wert des Durchmessers bei 0=90° ist grosser als der Wert von A sin 0= Daher beziehen sich die A sin entsprechenden Werte auf den walzenfreien Durchmesser B des Rundstabmaterials "und die größten und kleinsten Werte außerhalb des Winkelbereiches von 0=60° bis 120^er im Bereich 0=0° bis 180° beziehen sich jeweils auf die maximalen und minimalen Durchmesser L und H= Diese Werte werden zusammen mit ihren Winkelidentifizierungsziffern der Anzeigeeinrichtung 14 in Figur 6 zugeleitet» Die Winkelidentifizierungsziffer,, die dem Durchmesserwert des walzenfreien Durchmessers B entspricht, sollte bei ein und demselben Material oder bei einer Vielzahl von Materialien unverändert bleiben, wenn das Stabmaterial gleichförmig gedreht bzw. verwunden wird«, Wenn daher eine große Änderung bei der Winkelidentifizierungsziffer auftritt, entscheidet der Rechner 9„ daß die Signalverarbeitungseinrichtung anormal arbeitet und unterbricht den Signalverarbeitungsvorgang.

Wach der zuvor aufgeführten Verarbeitung werden die η Durchmesserwerte und die η Winkelidentifizierungsziffern initialisiert und die nächste Informationsverarbeitungsperiode während der nächsten. Drehung um 180° wird durchgeführt=

Figur 9 zeigt eine Ausfuhrungsform einer Anzeigeeinrichtung 14, bei der die Anzahl von η mit n=30 gewählt ist. Der walzenfreie Durchmesser B und die maximalen und minimalen Durchmesser L und H, ausgenommen der walzenfreie Durchmesser B, werden digital mit alphanumerischen Größen

angezeigt und die einzelnen Winkel werden durch 30 dreifarbige Leuchtdioden jeweils angezeigt. In Figur 9 werden B/ L und H in rot, grün und orange jeweils angezeigt.

Bei einer anderen Ausführungsform nach der Erfindung werden die mit einer Vorrichtung nach den Figuren 6 und 7 gemessenen Durchmesserwerte graphisch entsprechend Figur aufgezeichnet und sie werden bezüglich der Zeitachse mit Hilfe eines Schreibers (nicht gezeigt) aufgetragen, wie dies in Figur 10 angedeutet ist. Aufgrund von eingehenden Untersuchungen verschiedener Schemata für die Profildurchmesser, bezogen auf die Zeitachse, hat sich überraschenderweise ergeben, daß sich die Durchmesserwerte am stärksten

jg bei den walzenfreien Oberflächen ändern. Daher stellt in Figur 10 der Durchmesser am Punkt (a) die Breitenabmessung und der Durchmesser am Punkt (b), der um 90° von dem Punkt (a) entfernt liegt, die Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung dar. Der Durchmesser an dem Punkt (c), der dem Punkt (a) maßgebend für die Breitenabmessung winkelmäßig naheliegt und der, abgesehen von der Breitenabmessung und der Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung am größten ist, stellt die Ansatzabmessung oder die Schulterabmessung dar. Obgleich diese Winkel an den Punkten (a), (b) und (c) dem Ausgangssignal des Winkelsensors 13 nach Figur 6 zugeordnet sind, kann die Zuordnung zwischen dem Sensorausgangssignal und den Winkeln entsprechend der Oberseite-zu-Unterseite und der Breite der Walzen nicht vollständig sein, wenn das Rundstabmaterial 1 verwunden wird.

Es ist bekannt, daß der geringste Verschleiß bzw. der kleinste Abtrag auf den Bereichen der Oberseite und der Unterseite der profilierten Walzen auftritt. Daher ist es äußerst zweckmäßig, Bereiche aufzufinden, die mit dem bekannten Krümmungsradius der Kalibrierung der profilierten Walzen übereinstimmt und dann zu entscheiden, daß der Mittelpunkt-zu-Mittelpunkt-Abstand dieser spezifischen Be-

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reiche die Oberseite-zu-Unterseite-Äbmessung ist. Dies bedeutet , daß die Differenzen zwischen den 30 Durchmesserwerten ermittelt werden können, um eine Serie von solchen Differenzen zu erhalten und die Linie, die die Punkte der kleinsten Differenzen verbindet, kann dann als die Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung angenommen werden. Wenn auf diese Weise der Oberseite-zu-Unterseite-Durchmesser H, der Breitendurchmesser B und der Schulterdurchmesser L aufgefunden sind., können die Fehler bzw. Abweichungen ÄH„ Δ Β und AL der jeweiligen Durchmesser von dem gewünschten Durchmesser D ermittelt werden. Da es bekannt ist, daß einer der Oberseite-zu-Unterseite-Durchmesser H und der Breitendurchmesser B der kleinste von allen ist, nähert sich der Durchmesser des Rundstabmaterials dem gewünschten Wert D an und die Genauigkeit läßt sich verbessern, wenn die Absolutwerte dieser Fehlerwerte AH, Δ B und AL minimalisiert werden.

Figur 11 zeigt eine Äusführungsform einer Einrichtung, die vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens zur steuerbaren Beeinflussung der Abmessungen des Werkstücks angewandt wird, indem die Meßergebnisse entsprechend den vorstehenden Ausführungen genutzt werden.

Nach Figur 11 wird ein Rundstabmaterial oder ein ähnliches 2U walzendes Werkstück 1 nach rechts längs der Durchlaßlinie eines Walzwerkes durchbewegt, um durch den Spalt der profilierten Walzen 15, 15", die von einem Walzenantriebsmotor 20 angetrieben werden,und dann durch den Spalt der profilierten Walzen 16, 16" durchgeführt zu werden. Eine Durchmessermeßeinrichtung 17 mißt kontinuierlich die Durchmesserwerte an den Umfangspositionen des Werkstücks 1 kontinuierlich, und das Ausgangssignal von der Durchmessermeßeinrichtung 17 wird an eine Zug- bzw. Spannungseinstelleinrichtung 18 und dann an eine Spannungsbzw,, Zugsteuereinrichtung 19 angelegt.

Die Steuerungsmethode für die Beeinflussung des Werkstückprofils nach der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 11, 12a und 12b erläutert.

Figur 12a zeigt experimentelle Werte zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen der auf ein Rundstabmaterial und ein ähnliches Werkstück einwirkenden Spannung oder des darauf einwirkenden Zugs und der Änderungsrate der Breitenabmessung B (walzenfreie Abmessung B) des Werkstücks. In Figur 12a ist AB=B-B , wobei B und B in Figur 12b gezeigt sind. Die auf das Walzgerüst Nr. i aufgebrachte Spannung ist vorzugsweise eine nach- rückwärts gerichtete Spannung unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Erfindung am effektivsten ist, wenn das Walzgerüst Nr. i das am weitesten stromabwärts liegende Walzgerüst ist, und daß die Änderung der Breitenabmessung des Werkstücks infolge der Einwirkung der rückwärts gerichteten Spannung größer als jene infolge der Einwirkung einer vorwärts gerichteten Spannung ist. Wenn auf diese Weise eine rückwärts gerichtete Spannung einwirken gelassen wird, ergibt sich die Spannung er durch folgende Gleichung (1) :

° K ^X B (1)

wobei k der Deformationswiderstand, und K der Spannungs-Breitenänderungsumwandlungskoeffizient ist. Obgleich K=O,44 bei dem Fall nach Figur 12a ist, ändert er sich in Abhängigkeit von dem Walzenkaliber. Das Symbol D stellt den vorbestimmten durch die Spannungssteuerung zu erreichenden Durchmesser dar und der Wert von D kann irgendein Wert zwischen jenen von L und H in Abhängigkeit von dem angestiebten Ziel sein.

Das dem ermittelten Wert von cf entsprechende Signal wird an die Spannungssteuereinrichtung 19 in Figur 11 angelegt und die Drehzahl der Walzen 15 und 15^! dos Walzgerüsts Wr. (i-1) wird gesteuert, so daß die Spannung an dem Walzgerüst Nr₀ (i-1) derart gesteuert wird, daß sie bei (^eingestellt ist. Figur 11 zeigt eine Einrichtung, die derart beschaffen und ausgelegt ist, daß sie steuerbar das Werkstückprofil dadurch beeinflußt, daß die rückwärts gerichtete Spannung geregelt wird, bei der die Drehzahl des Walzenantriebsmotors 20, der die Walzen 15 und 15' des Walzgerüsts Wr= (i-1) antreibt, korrigiert wird und auf der Basis des ermittelten Wertes von ©^gesteuert wird-

Obgleich die Spannungsvoreingabeeinrichtung 18 und die Spannungssteuereinrichtung 19 als separate Einheiten in Figur 11 gezeigt sind, können sie in eine einzige Einheit unter Verwendung einer Einrichtung, wie einen Prozessrechner, vereint werden.

Ferner kann die gewünschte Spannung cf aus den Mittelwerten von B, L und H ermittelt werden, die bei einem einzigen Werkstück bestimmt worden sind und die Abmessungen der nächsten Werkstücke werden auf der Basis der ermittelten Werte von 5" gesteuert= Alternativ kann die Steuerung auch nur ausgeführt werden, wenn die Werte für B, L und H sich bei einem einzigen Werkstück stark ändern=

Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform erfolgt die steuerbare Beeinflussung des Profils derart, daß der Wert für B zwischen L und H konstant bleibt, während das Bedienungspersonal des Walzwerkes den Walzspalt zur Minimalisierung der Durchmesserfehler an den Umfangspositionen des Werkstücks abweichend von dem gewünschten Durchmesser D infolge des Walzenabtrags und Änderungen der Abmessungstoleranzen sowie anderer Einfluß größen regelt.

Bei einer zweiten Ausführungsform nach der Erfindung wird diese Walzspaltregelung automatisiert. Hierzu ist eine Walzspaltsteuereinrichtung für das Walzgerüst Nr. i vorgesehen, um die Werte von L und H derart zu steuern, daß der Wert von H + (L - H)/2 gleich dem gewünschten Durchmesser D unter der Steuerung des Walzspalts oder der Reduktionssteuereinrichtung wird, um hierdurch Abweichungen der Durchmesser an den Umfangspositionen des Produktes von dem gewünschten Durchmesser D so klein wie möglich zu machen.

Figur 13 zeigt den Aufbau einer zweiten Ausführungsform.

Bei der Ausführungsform nach Figur 13 werden die Werte für L und H abgegriffen über die Durchmessermeßeinrichtung 17 an eine Reduktionssteuereinrichtung 21 angelegt. Auf der Basis dieser Werte für L und H ermittelt und steuert die Reduktionssteuereinrichtung 21 den Korrekturfaktor X der Reduktion oder des Walzspalts bei dem Walzgerüst Nr. i, so daß der Wert von H + (L - H)/2 gleich dem gewünschten Durchmesser D wird. Der Wert von X läßt sich näherungsweise durch folgende Gleichung (2) angeben:

χ = 2D - L - H ₍2) ^Λ 1 + sin θ

Das Symbol θ in der Gleichung (2) bezeichnet den Winkel der Position des maximalen Durchmesser L, gemessen von der Position des walzenfreien Durchmessers B und es gilt die Beziehung 0° - θ - 180°. Die Symbole D, L und H in der Gleichung (2) bezeichnen die Werte der entsprechenden Durchmesser in einem warmgewalzten Zustand des Werkstücks und die Rückfederung der Walzen im Walzgerüst wird vernachläßigt.

Die Steuerung des Walzspalts bei dem Walzgerüst Nr. i ist derart gewählt, daß eine der Walzen um die Größe X in einer Richtung gedrückt wird, in der der gewünschte WaIzspalt eingestellt oder aufrechterhalten wird und ein Motor 23 zur Niederbewegung der Walze wird auf der Basis des Eingangssignals maßgebend für den vorhandenen Walzspalt gesteuert, das von einer Synchronisierungseinrichtung 22 angelegt wird.

Diese Ausführungsform nach der Erfindung enthält auch eine Spannungssteuereinrichtung 19, die die Spannung an dem Walzgerüst Nrο i zur Einstellung auf Gesteuert. Beim dritten Verfahren nach der Erfindung ist es auch erforderlich, die Drehzahl des Walzenantriebsmotors 20 zu steuern, um die Änderung des Massenstroms zu kompensieren, die durch die Korrektur des Walzspalts des Walzgerüsts Nr, i bewirkt ttfird. Hierzu werden die Werte von X von der Reduktionssteuereinrichtung 21 an die Spannungssteuereinrichtung angelegt.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird die auf das Walzgerüst Nr. i einwirkende Spannung gesteuert? um den walzenfreien Durchmesser B einzustellen.

Wenn jedoch die Spannung mit einem konstanten Wert über die gesamte Länge des zwischen dem Walzgerüst Nr. <χ—1) und dem Walzgerüst Nr. i sich befindenden Materials einwirkt, wird die Form des Materials, ausgehend von seinem Kopf zu dem von dem Spalt der Walzen des Walzgerüsts Nr.

Ci—1) freigegebenen Teils nicht gleichmäßig.

Diese Erscheinung ist auf die wechselweise Beeinflussung der Spannungen zwischen den Walzgerüsten zurückzuführen. Die Ursache hierfür liegt darin, daß ein Zustand vorhanden ist, bei dem das Material zwischen den Walzen des Walzgerüsts Nr. (i-1) und den Walzen des Walzgerüsts Nr. i

gleichzeitig eingezogen wird, eine Spannung zwischen allen Walzgerüsten auftritt, zwischen deren Walzen das Material eingezogen ist und diese Spannungswerte ändern sich ebenfalls in Abhängigkeit von der Anzahl der Walzgerüste. Daher wird die endgültige Gestalt des Erzeugnisses über seine Länge hinweg ungleichmäßig. Obgleich der zur Steuerung von B aufgebrachte Wert der Spannung nicht so groß ist und dieser sich daher innerhalb eines relativ kleinen Bereiches in vielen Fällen ändert, ist hierin eine Schwierigkeit zu sehen, die insbesondere dann von Bedeutung ist, wenn die Abmessungstoleranz in sehr engen Grenzen einzuhalten ist.

Bei einer dritten Ausführungsform, die nachstehend noch beschrieben werden wird, wird diese vorgenannte Schwierigkeit überwunden, um hierdurch eine bessere Abmessungsgenauigkeit der Erzeugnisse zu gewährleisten. Bei dieser Ausführungsform werden die Walzspalte der Walzgerüste Nr. (i-1) und Nr. i zur Steuerung von B, H und L entsprechend geregelt und alle Spannungen zwischen den Walzgerüsten werden so gesteuert, daß sie Null sind oder einen sehr kleinen Wert haben.

Figur 14 zeigt den Aufbau einer Einrichtung zur Durchführung des vierten Verfahrens nach der Erfindung. Nach Figur 14 werden die Werte für B, L und H ausgehend von der Durchmessermeßeinrichtung 17 an die Reduktionssteuereinrichtung 21 angelegt. Auf der Basis dieser Werte für B, L und H ermittelt und steuert die Reduktionssteuereinrichtung 21 den Korrekturfaktor X des Walzspalts des Walzgerüsts Nr. i und den Korrekturfaktor Y des Walzspalts des Walzgerüsts Nr. (i-1), so daß der Wert für H + (L - H)/2 gleich dem gewünschten Durchmesser D wird und der Wert B wird zwischen den Werten für Ii und H konstant gehalten. Der Wert für X wird beispielsweise unter Verwendung der Gleichung (2) ermittelt, während

2ΊΙ Ί (Π) /

der Wert für Y beispielsweise unter Verwendung einer experimentell ermittelten Gleichung ermittelt wird.

Die Walzspaltsteuerung des Walzgerüsts Nr. i wird auf die gleiche Art und Weise wie bei der Ausführungsform nach Figur 13 durchgeführt und zwar derart, daß der Walzspalt um eine Größe X reduziert wird, um den maximalen Walzenabrieb 1 zu kompensieren, so daß die Stelle B nunmehr zu der Stelle c in Figur 4b verschoben wird. Somit werden die Abweichungen in die positive und negative Richtung verteilt, um die Fehler bzw» Abweichungen von B, H und L von dem gewünschten Durchmesser D so klein wie möglich zu machen.

In Abhängigkeit von den Umständen kann der Breitendurchmesser B größer oder kleiner als der Oberseite-zu-Unterseite-Durchmesser H und der Schulterdurchmesser L werden= Daher ist es notwendig, den Wert für B so zu steuern, daß er zwischen jenen von H und L liegt, währenddem gleichzeitig eine vorausgeschätzte Änderung berücksichtigt wird, die aus der Korrektur des Walzspalts des Walzgerüsts Nr. i durch die Größe X resultiert. Obgleich der Wert des Breitendurchmessers B nach der Walzspaltsteuerung in Form irgendeines beliebigen Wertes ohne Beeinflussung des maximalen Fehlers oder der maximalen Abweichung aller Abmessungen von dem gewünschten Wert gewählt werden kann, vorausgesetzt_{ daß er zwischen jenen von H und L liegt, wird der Wert für B zweckmäßigerweise so nahe wie möglich an dem Wert von H liegend gewählt, wenn man die Produktionsleistung berücksichtigt .

Die nachstehend angegebenen Gleichungen (3) und (4) verdeutlichen die Zusammenhänge zwischen dem Korrekturfaktor Y für den Walzspalt in dem Walzgerüst Nr. (i-1), der direkt stromauf von dem Walzgerüst Nr. i angeordnet ist, das das

"ι Ι \'\ W":-Ι"':. '': 332Τ

am weitesten stromabwärts liegende Walzgerüst ist, und
dem Korrekturfaktor X für den Walzspalt des Walzgerüsts Nr. i, sowie die Änderungen ^ B und Δ H des Breitendurchmessers B und des Oberseite-zu-Unterseite-Durchmessers H des Produkts jeweils.

Die Gleichungen (3) und (4) sind experimentell ermittelte Formeln/ die man durch Rückrechung der Durchmesserwerte, ausgelesen während des tatsächlichen Walzens eines Rundstabmaterials mit einem Durchmesser von 80 mm, entsprechend der Walzweise erhält, bei der horizontal und vertikal Walzgerüste abwechseln.

ΔΒ = 0,5OY - 0,2lX (3)

ΔΗ = 0_f028Y - 0,93X ... (4)

Der Korrekturfaktor Y des Walzspalts des Walzgerüsts Nr. (i-1), der erforderlich ist, so daß der gesteuerte Breiten-

^O durchmesser B auf einen konstanten Wert zwischen den Werten H und L eingestellt werden kann, wird nunmehr unter Verwendung der experimentell ermittelten Gleichungen (3) und (4) bestimmt. Der vorausgeschätzte Wert Bx des Breitendurchmessers B, der sich als Folge der Korrektur des WaIzspalts des Walzgerüsts Nr. i ändert, ergibt sich durch die folgende Gleichung (5):

Bx = B + 0,21X (5)

Andererseits ist der gesteuerte Oberseite-zu-Unterseite-Durchmesser H durch (H-X) gegeben, nachdem der Walzspalt des Walzgerüsts Nr. i durch den Korrekturfaktor X korrigiert worden ist. Daher ergibt sich der Korrekturfaktor Y des Walzspalts des Walzgerüsts Nr. (i-1), wenn der Breitendurchmesser B so gesteuert wird, daß er gleich dem Oberseite-zu-Unterseite-Durchmesser H wird, zu einer Größe,
die sich aus der folgenden Gleichung (6) ergibt:

Y = -2» (B + 0,21X - H + X) (6)

Zum Zwecke einer genauen steuerbaren Profilbeeinflussung ist es zweckmäßig, daß die Änderung des Massenstroms infolge der Reduktionen bei den Walzgerüsten Nr. i und Nr. (i-1) gleichzeitig mit der Steuerung der Drehzahl der Walzen gesteuert wird» Daher enthält die Einrichtung nach Fi-JLO gur 14 eine Spannungssteuereinrichtung 19, an der die Signale für die Werte von X und Y, ausgehend von der Reduktionssteuereinrichtung 21, angelegt werden.

Drittens, wird nachstehend eine Ausfuhrungsform nach der 5 Erfindung beschrieben, die zur Modifizierung oder zur

Korrektur der Walzspalte eines am weitesten stromabwärts liegenden Walzgerüsts Nr. i.und eines Walzgerüsts Nr. (i-1) in Nachlaufabhängigkeit einer Änderung der Walztemperatur angewandt wird, die auf ein Rundstabmaterial oder ein ähn-2Q liches Werkstück einwirkt.

In Figur 15 sind experimentelle Werte zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen der Walζtemperatür und der Rate der Breitenstreuung, beispielsweise eines zu walzenden Rund-Stabmaterials gezeigt« Insbesondere zeigt Figur 15 den Zusammenhang zwischen der Walztemperatur T und der Breitenstreuungsrate b^/b. zwischen der Austragsseitenbreite b» und der eintragsseitigen kleineren Breite b₁ eines ovalen Stangenmaterials, wenn das Stangenmaterial mit einem grös-

gQ seren Durchmesser von 45,,6I mm und einem kleineren Durchmesser b₁ von 19,65 mm mit Hilfe eines Walzgerüsts gewalzt wird, das profilierte Walzen hat, die ein rundes Kaliber von 25,6 mm begrenzen. Aus Figur 15 ergibt sich, daß die Rate h^fb^ mit Absenkung der Walztemperatur T größer wird.

Das Verfahren nach der Erfindung basiert auf einer solchen experimentell bestätigten Temperaturabhängigkeit der Breitenstreuungsrate b₂/b₁ und bei diesem Verfahren wird versucht, für eine solche temperaturabhängige Änderung der

Breitenstreuungsrate eine Kompensation dadurch zu schaffen, daß die Walzspalte der Walzgerüste Nr. i und Nr. (i-1) modifiziert oder korrigiert werden.

Bei dem Versuch, aus dem die experimentellen Werte in Figur 15 bestimmt worden sind, wurde der Walzspalt des WaIzgerüsts in fester Form derart angenommen, daß keine Änderung in der Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung des Rund-Stabmaterials (Abmessung A-A in Figur 1) bewirkt wird. Aufgrund der Tatsache jedoch, daß bei der praktischen Durchführung des Walzvorgangs bei einem Rundstabmaterial eine Vielzahl von unterschiedlichen Walzkalibern vorgesehen sind und die Walzen und die Walzgerüste zur Anhaltung von unterschiedlichen Werkstückabmessungen entsprechend vertauscht oder verschoben werden, hat es sich herausgestellt, daß trotz der Tatsache, daß die Steifigkeit des Walzwerks einer Änderung unterworfen ist, die Steifigkeit des Walzwerks selbst nicht so groß ist und es hat sich ferner dabei gezeigt, daß somit die Oberseite-zu-Unterseite-Abmessungsänderung des Rundstabmaterials auch nicht vernachlässigbar ist. Wiederum bezugnehmend auf Figur 15 wird die Größe (b~- b-) der Breitenstreuung, bezogen auf die Walztemperatur, durch folgende Gleichung ausgedrückt:

^b2 ~ ^b1 ⁼ i⁰'²⁸ ~ 0,02(T - 900)/10q) (7)

Wenn man nur die Änderung Ab der Breitenabmessung b~ infolge der Änderung ΔΤ der Walztemperatur T berücksichtigt,

so läßt sich ^b auf die folgende Weise ausdrücken: 30

Ab = -0,02b₁-ΔΤ/100 = R ·ΔΤ (8)

Dieser Zusammenhäng läßt sich experimentell für alle Rundmaterialgrößen bestimmen oder er läßt sich durch Analyse *-'° der Werte bestimmen, die man während des praktischen Walzvorgangs erhält. Da andererseits die Walzkraft F ebenfalls eine Funktion der Walztemperatur T ist, ist eine Änderung

/I H der Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung H entsprechend dem Hook'sehen Gesetz folgende Gleichung gegeben:

Δη =üf/m (9)

wobei M die Walzwerksteifigkeit (t/mm) ist. Die Änderung Af der Walzkraft F ist auf die Änderung ΔT der Walztemperatur T zurückzuführen und dieser Wert läßt sich eben- IQ falls experimentell oder mittels einer Analyse der Werte ermitteln, die man während des praktischen Walzvorgangs erhält.

Die Änderung /^H der Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung H nach der Gleichung (9) beeinflußt die Breitenabmessung B. Wenn nämlich der eintrittsseitige Querschnittsflächenbereich des Stabmaterials konstant ist, arbeitet das Walzgerüst derart, daß die austrittsseitige Querschnittsfläche im wesentlichen konstant bleibt. Daher ist die Breitenabmessung umso kleiner, je größer die Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung ist und umgekehrt.

In dem in der Gleichung (8) angegebenen Zusammenhang ist die Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung H als fest angenommen ο Wenn daher die Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung H einer Änderung unterworfen ist, wird die sich ergebende Änderung ÜB der Breitenabmessung B durch die folgende Gleichung (10) angenähert, bei der die Änderung .Ab' der Breitenabmessung B infolge der Änderung ΔH der Oberseite-

gQ su-Unterseite-Abmessung H von Ab subtrahiert ist;

ΔΒ = Ab - Ab"

= Ab - R„ · AH (10)

= Ab - R₂ * AF/M
35

Bei der oben angegebenen Gleichung ist R- eine positive Konstante, die sich aus der Änderung Δ Β der Breitehabmessung B, resultierend aus der Änderung /^H der Oberseitezu-Unterseite-Abmessung H während des praktischen Walzvorgangs ermitteln läßt. Der Wert für R ist 0,21 im Falle der Gleichung (3), die den Wert von ΔΒ des Rundstabmaterials von 80 mm im Durchmesser angibt, das in dem am weitesten stromabwärts angeordneten Walzgerüst gewalzt wird.

Auf diese Weise läßt sich die Änderung Δη der Oberseite-zuUnterseite-Abmessung H und die Änderung AB der Breitenabmessung B, resultierend aus der Änderung Δ Τ der Walztemperatur T ermitteln. Die Korrekturfaktoren der Walzspalte der Walzgerüste Nr. i und Nr. (i-1) werden dann ermittelt, so daß ΔΗ und ΔΒ eliminiert werden können und das Produkt keiner Profiländerung infolge der Änderung von ΔΤ der Walztemperatur T unterworfen ist.

Es sei angenommen, daß zum Walzen die Walzweise angewandt wird, bei der abwechselnd vertikal und horizontal eingewirkt wird, und daß, wie zuvor beschrieben, ein Rundstabmaterial mit einem Durchmesser von 80 mm gewalzt werden soll. Dann läßt sich der Walzspaltkorrekturfaktor Y bei dem Walzgerüst Nr. (i-1) und der Walzspaltkorrekturfaktor X bei dem Walzgerüst Nr. i dadurch ermitteln, daß die Werte von Δη und ΔΒ, gegeben durch die Gleichungen (9) und (10) in die Gleichungen (3) und (4) in einer umgekehrten positiven-negativen Beziehung eingesetzt werden und dann die Simultangleichungen (3) und (4) gelöst werden. Bei dem Walzgerüst Nr. (i-1) reicht es aus, die Walztemperatur an der Eintrittsseite des Walzgerüsts (i-1) zu messen, um diese für die Ermittlung des Korrekturfaktors Y für den Walzspalt zu verwenden. Andererseits ist bei dem Walzgerüst Nr. i

^t-, eine Zeitverzögerung zu berücksichtigen, bis das Stabmaterial durch dcis Walzgerüst Nr. (i-1) gewalzt worden ist und dann erst in dem Walzgerüst Nr. i gewalzt wird und aufgrund

- 39 1

des Streckziehens,, resultierend in der Änderung der Abmessung des Rundstabmaterials nach der Durchführung des Walzvorgangs in dem Walzgerüst Nr. (i-1) sind Schwierigkeiten bei der Steuerung der Position des in das Walzgerüst Nr. i eintretenden entsprechenden Teils des Rundstabmaterials zu erwarten. Daher ist es bei dem Walzgerüst Nr. i erwünscht, das Walzgerüst Nr. i durch Rückführung der ermittelten Werte der Rückfederung, gegeben durch die Gleichung (9), zu regeln. Hierbei ist jedoch ersichtlich, daß der Wert für ΔF notwendigerweise größer als jener einschließlich des Wertes von Λ Τ ist, da sich der Effekt der Änderung der Stabquerschnittsform infolge der Reduktion bei dem Walzgerüst Nr. (i-1) noch dazu addiert.

Nachstehend wird eine vierte Ausführungsform näher erläutert , bei der die Walzspaltsteuerung nur bei dem am weitesten stromabwärts liegenden Walzgerüs-t und nur beim Walzen eines Rundstabmaterials oder eines ähnlichen Materials angewandt wird.

Figur 16 zeigt den Querschnitt des Kaliberabschnitts bzw. des Bohrungsabschnitts einer profilierten Walze eines profilierten Walzenpaars zusammen mit der oberen Hälfte eines Rundstabmaterials beispielsweise. Die Oberfläche des Kalibers der profilierten Walzen ist geschliffen, so daß man einen Standardradius R um den Punkt P erhält, wenn

ο ο

der Walzspalt auf den Standardspalt d eingestellt ist. Die Rückfederung des Walzspalts infolge der Einwirkung der Walzkraft wird vernachlässigt, das Rundstabmaterial hat eine Querschnittsform oder ein Profil, das in Figur 16 schraffiert eingetragen ist, und obgleich der Radius des Rundstabmaterials mit jenem des Kalibers der Walzen in der Oberseite-zu-Unterseite-Richtung übereinstimmt, unterscheidet er sich von dem Standardradius R in Richtung der walzenfreien Bereiche, die nicht durch Walzen begrenzt sind. In Figur 16 sei angenommen, daß der Walzspalt sich ausgehend

- 40 -

von d zu (d +A) vergrößert. Dann verschiebt sich auf einer Seite des Kalibers der Mittelpunkt des Querschnitts

zu einem Punkt P¹ von __o und der Oberseite-zu-Unter-

2
seite-Durchmesser ist nunmehr (2R +Δ), der um Δ größer als der vorhergehende Wert ist. Ein weiterer Durchmesser oder der Schulterdurchmesser D,__v andererseits, der sich in einem Winkelabstand θ von dem Oberseite-zu-Unterseite-Durchmesser befindet, läßt sich auf die folgende Weise bestimmen:

^D(8) ⁼ ^zJ*o* ⁺ (f)² +

Da ^R _o^>4 ^ist' ^{läßt Sich die Gleichun}? (ID ^{auf die} folgende Weise ausdrücken:

Λ 2 Λ k

^D(9) = ^2Ro + α + i-~r + Rocos er

= 2R_O + (1 + i.i cose) (12)

Δ Kq

= 2R_O + Acos θ -

Aus der Gleichung (12) ergibt sich, daß D_/a. nur um größer als der Oberseite-zu-Unterseite-Durchmesser ist. Der Schulterdurchmesser liegt näher bei dem Breitendurch-

messer als der Oberseite-zu-Unterseite-Durchmesser und er befindet sich in einem Winkelabstand von etwa θ = 60°, bezogen auf die Position des Oberseite-zu-Unterseite-Durchmessers und daher ändert sich dieser nur um etwa 0,5Δ , selbst wenn sich der Walzspalt von d zu (d +Δ) ändert. oo

Dieser Zusammenhang ist in Figur 17a gezeigt, in der die vertikale Achse die Änderung AL des Schulterdurchmessers L oder die Änderung Δ B des Breitendurchmessers B und die horizontale Achse den Korrekturfaktor X der Reduktion oder des Walzspalts darstellt.

Andererseits ist die Breitenabmessung des Rundstabmaterials nicht durch die Walzen des Walzgerüsts Nr. i begrenzt und da die Oberseite-zu-Unterseite-Richtung des durch das Walzgerüst Nr. (i-1) gewalzten Rundstabmaterials der walzenfreien Richtung des Rundstabmaterials entspricht, das mit dem Walzgerüst Nr. i gewalzt wird, ist die Reduktion bei dem Walzgerüst Nr₀ (i-1) für die Breitenabmessung dominant. In dem Zustand jedoch, in dem das Metall des Rundstabmaterials entsprechend in das Kaliber eingefüllt ist, das zwischen den profilierten Walzen des am weitesten stromabwärts liegenden Walzgerüsts Nr. i begrenzt wird, bewirkt eine Verringerung des Walzspalts des Walzgerüsts Wr. i einen Metallstrom in Breitenrichtung, was zu einer vergrößerten Breitenabmessung führt, während eine Vergrösserung des Walzspalts zu einer Verknappung des Metalls in der Breitenrichtung führt, woraus eine Abnahme der Breitenabmessung resultiert. Dieser Zusammenhang ist in Figur 17b gezeigt, aus der ersichtlich ist, daß die Rate der Änderung i±B der Breitenabmessung B kleiner als jene der Änderung Δ des Walzspalts ist und dazu neigt, gesättigt zu sein. Hieraus ist ersichtlich, daß die Breitenabmessung vorzugsweise grob bei dem Walzgerüst Nr. (i-1) korrigiert und dann in feiner Weise bei dem Walzgerüst Nr. i korrigiert wird. Daher läßt sich der erforderliche Korrekturfaktor der Reduktion oder des Walzspalts ermitteln, wenn Fehler Δ Η , ΔΒ_ο und AL_q der Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung, der Breitenabmessung und der Schulterabmessung als Abweichung von dem gewünschten Durchmesserwert aus dem Ausgang der zuvor angegebenen Profilmeßvorrichtung ermittelt werden, die derart beschaffen und ausgelegt ist, daß sie das Profil des Rundstabmaterials mißt. In den Figuren 18a bis 18d sind auf der vertikalen Achse jeweils die Dimensionsabweichungen bzw. Dimensionsfehler und auf der horizontalen Achse, die Reduktion oder der Walzspaltkorrekturfaktor aufgetragen und es sind die Zusammenhänge dazwischen bei unterschiedlichen Werten für ΛΗ, ΔΒ und AL aufgezeigt.

Wenn erstens die Abmessungsfehler in der Reihenfolge

Schulterabmessung, Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung und Breitenabmessung entsprechend Figur 18a groß sind, wird κ der Schulterwinkel θ von 60° gewählt und die Raten der Änderung der Schulterabmessung L und der Breitenabmessung B relativ zur Rate der Änderung des Walzspalts werden so gewählt, daß sie 0,5 und 0/33 jeweils durch Verschiebung des Wertes von X zu X in der negativen Richtung betragen. Bei ^Q einer solchen Anordnung ist die Schulterdimensionsänderung gleich der Oberseite-zu-Unterseite-Änderung und die Breitenabmessungsänderung wird Null, so daß sich die Abmessungsfehler hierbei so klein wie möglich halten lassen.

,,- In Figur 18b sind die Abmessungsabweichungen in der Reihenfolge Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung, Schulterabmessung und Breitenabmessung groß. Auch bei diesem Fall wird der Wert von X in der negativen Richtung verschoben, bis die Fehler an einem Punkt ρ minimal werden, an dem. die Ober-

„„ seite-zu-Unterseite-Abmessungsänderung gleich der Breitenabmessungsänderung ist. In Figur 18c ist die Reduktion übermäßig groß, so daß das Metall herausgetrieben wird und die Breitenabmessungsänderung ist am größten und ihr folgt die Schulterabmessungsänderung und die Oberseite-zu-Unterseite-

oc Abmessungsänderung in dieser Reihenfolge. Hierbei wird der Wert für X umgekehrt in die positive Richtung verschoben, bis die Fehler an einem Punkt P minimal werden, an dem die Oborsoite-zu-ünterseite-Abmessungsänderung gleich der Breitonabmessungsänderung ist. In Figur 18d ist die Breitenab-

^q messungsänderung extrem klein. Hierbei wird der Walzspalt des Walzgerüsts Nr. (i-1), das direkt stromaufwärts des Walzgerüsts Nr. i angeordnet ist, eher vergrößert, als daß die Fehler an einem Punkt P durch Verschiebung von X zu X minimalisiert werden. Somit wird die Breitenabmessung B

_g,. des durch das Walzgerüst Nr. (i-1) gewalzten Rundstabmaterials vergrößert, um einen Breitenfehler ΔΒ ' zu erhalten und dann wird der Wert für X bei dem Walzgerüst Nr. (i-1)

zu X" verschoben, so daß die Fehler bei einem Punkt P' minimal werden. Auf diese Weise können Fehler weiter reduziert werden. In Figur 18d, bei der B sehr groß ist, hat die Breitenabmessungskurve die Tendenz, sich zu sättigen, wenn der Wert von X eine extrem große Änderung erfährt, wie das in Figur 17b gezeigt ist. Hierbei ist es schwierig, den optimalen Korrekturfaktor für die Reduktion oder den Walzspalt zu finden. Daher wird die Korrektur des WaIz-Spalts vorzugsweise so klein wie möglich gesetzt, um eine genaue Dimensionsbeeinflussung und eine Minimalisierung der Fehler zu erreichen..

Wenn, wie zuvor beschrieben, der Korrekturfaktor. X der Reduktion oder des Walzspalts bei dem Walzgerüst Nr. i klein ist, lassen sich die Oberseite-zu-Unterseite-Abmessungsänderung A H, die Schulterabmessungsänderung AL und die Breitenabmessungsänderung AB linear jeweils auf folgende Weise annähern.

ΔΗ = X .. . (13)
20

AL = Xcos θ (θ = 60° - 75°) (14) ΔΒ = A-X ... (15)

Wenn daher die Oberseite-zu-Unterseite-Abmessungsabweichung ^H , die Schulterabmessungsabweichung AL und die Brextenabmessungsabweichung ΔΒ von dem gewünschten Durchmesser aufgefunden sind, läßt sich der Wert für X, der die maximalen Werte (Absolutwerte) der jeweiligen Abweichungen oder Fehler minimalisiert, aus den folgenden drei Gleichungen (16), (17) und (18) ermitteln, wobei ÄH Ah_Q und AB_Q zu den Gleichungen (13), (14) und (15) jeweils addiert werden?

ΔΗ =	AH₀ H	β	(16	^}	17)
AL =	ALq -	θ	« « β	.(	)
ΔΒ =	ΔΒ« -		. ί	18
I- X ..
l· XCOS
h Ä°X

Dies bedeutet, daß der Wert für X, mit dem man gleiche absolute Werte für jeweils zwei der linken Elemente in den zuvor angegebenen drei Gleichungen erhält, ermittelt wird, und dann wird der Maximalwert für X aus den Gleichungen einschließlich des Absolutwertes der verbleibenden einen Gleichung bestimmt. Wenn eine solche Prozedur für die drei Kombinationen der drei Gleichungen wiederholt wird, um die minimalen Werte der maximalen Werte für Δ Χ in der Form für die Wahl zu bestimmen, gibt der gewählte minimale Wert für X die gewünschte Lösung an. Die Koeffizienten cosG und A in den zuvor angegebenen Gleichungen sind Konstante, die zuvor für die jeweilige Rundstabmaterialabmessungen bestimmt und dann in einem Speicher gespeichert sind. Die Änderungen der Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung, der Schulterabmessung und der Breitenabmessung resultierend aus der Korrektur der Reduktion oder des Walzspalts durch die Größe X im Laufe der Steuerung, kann man auf der Basis des Ausgangs der zuvor angegebenen Profilmeßvorrichtung ermitteln und diese Konstanten können entsprechend auf der Basis der ermittelten Änderungen korrigiert werden. Wie ferner bereits unter Bezugnahme auf Figur 15 erläutert worden ist, ändert sich die Breitenstreuungscharakteristik b₂/b-i ^ⁿ Abhängigkeit von der Änderung der Walztemperatur T. Die in Figur 10 gezeigte Charakteristik ist in dem Zustand gemessen, in dem der Walzspalt des Walzgerüsts fest vorgegeben ist. In Wirklichkeit jedoch ist der Deformationswiderstand eines gewalzten Materials nicht konstant, sondern ändert sich. Daher ändert sich der Walzspalt des Walzgerüsts um die Größe &F/M (M: Walzgerüstkonstante) infolge einer Änderung A F der Walzkraft F, wenn die Steifigkeit des Walzgerüsts klein ist. Daher wird die temperaturabhängige Änderung^ Βλ_φ der Breitenabmessung B infolge einer Änderung Δ T der Walztemperatur T nach Figur 15 nicht durch die Gleichung

ΔΒ_ΔΤ = C- ΔΤ (C < 0) Π 9)

.

sondern in Wirklichkeit durch die Gleichung

AB -β C" ΔΤ + A- AF/M (20)

ausgedrückt, in der die Breitenabmessungsänderung infolge der Walzspaltänderung A F/M zu der Gleichung (19) addiert ist= Die Koeffizienten C und A in der Gleichung (20) lassen

■£Q sich statistisch auf der Basis der Breitenabmessungsänderung ^B in der Gleichung (20) und vieler praktisch meßbarer Größen der Walztemperaturänderung Λ T und der WaIzkraftänderung & F-bestimmen» Hierbei ist es erwünscht, daß der Walzspalt des Walzgerüsts nicht zwangsweise von

jr außen verändert wird und obwohl die Walzkraftänderung Λ F tatsächlich mit Hilfe einer Kraftmeßdose gemessen werden kann, kann sie aus dem Wert von Λ Τ unter Verwendung eines numerischen Modells vorausgesagt werden. Daher lassen sich Fehler der Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung, der Schulter-

2Q abmessung und der Breitenabmessung, resultierend aus einer Änderung AT der Walztemperatur T, durch Addition der Walzwerk-Rückfederungsänderung & F/M zu den Gleichungen (16), (17) und (18) ausdrücken, in dem auch die Gleichung (20) auf die folgende Weise berücksichtigt wird:

ΔΗ = ΔΗ_Ο + AF/M + X ... (21)

AL = AL₀ + (AF/M + X\ cos θ ... (22) AB = Δ3_Ο + A(AF/M + X) ... (23)

Der optimale Wert für X läßt sich aus diesen Gleichungen (21), (22) und (23), wie bereits unter Bezugnahme auf die Figuren 17a und 17b beschrieben, auf der Basis bestimmen, aus denen man die Gleichungen (16), (17) und (18) erhält. Dies bedeutet, daß der Wert für X, bei dem man gleiche absolute Werte für jeweils zwei von drei Gleichungen rechtzeitig erhält, ermittelt wird, der maximale Wert von X dann aus den Gleichungen einschließlich des Absolutwertes für

die verbleibende eine Gleichung bestimmt wird und daß diese Prozedur für die drei Kombinationen der drei Gleichungen wiederholt wird, um die Minima der maximalen Werte aufzufinden. Die Korrektur des Walzspalts auf der Basis des optimalen Wertes von X wird durchgeführt, währenddem das Ergebnis der Korrektur durch den Ausgang der Profilmeßvorrichtung bestätigt wird. Daraufhin wird der Korrekturschritt 10 bis 20 mal für ein einziges Rundstabmaterial unter Berücksichtigung der Antwort des Absenkmotors und der Verzögerungszeit der Signalübertragung zu der Profilmeßvorrichtung wiederholt» Der Temperatursensor, der die Temperatur des zu walzenden Rundstabmaterials ermittelt, ist auf der Eintrittsseite des Walzgerüsts angeordnet und das der ermittelten Temperatur entsprechende Signal wird um eine Zeitperiode verzögert, die das Stangenmaterial für den Eintritt in das Walzgerüst benötigt.

Nachstehend wird eine weitere Ausführungsform einer WaIzspaltregelung für das am weitesten stromabwärts liegende Walzgerüst beschrieben, die nur für ein Rundstabmaterial oder ein ähnliches Werkstück bestimmt ist.

Wie bereits angegeben, lassen sich die Änderung Δ Η der Oberseite-zu-Unterseite-Abmessung H und die Änderung A B der Breitenabmessung B beispielsweise eines Rundstabmaterials, resultierend aus einer Änderung /1 T der Walztemperatur T aus den Gleichungen (9) und (10) jeweils ermitteln. Nunmehr sei der Anwendungsfall betrachtet, bei dem gO der Walzspalt des am weitesten stromabwärts liegenden Walzgerüsts nur um eine Größe X korrigiert wird, um eine Gleichheit zwischen A H und Δ Β zu erreichen.

Nunmehr werden die Oberseite-zu-Unterseite-Abmessungsänderung Λ- H und die Breitenabmessungsänderung Λ B, die zusätzlich zu der Walztemperaturänderung Δ Τ auftreten, in zwei Anwendungsfälle unterteilt, und zwar ^ H > B und

ßi. H ^₁ B. Die Figuren 19a und 19b, in denen auf der vertikalen Achse die Abmessungsänderungen fall, #. B und auf der horizontalen Achse die Reduktion oder die Walzspaltänderung X aufgetragen ist, zeigen, auf welche Weise A H und Δ B durch X beeinflußt werden.

Fall T: £H > AB

Dies entspricht einer Situation, wenn die Walzwerksteifigkeit wie in Figur 19a gezeigt, klein ist. Obgleich die Rate der Änderung von Δ, H größer als jene von Δ B ist, wird

^ H mit abnehmenden Werten von X (X <£ 0) kleiner. Da gleichzeitig A B größer wird, wird die Rate der Abmessungsänderung an einem Punkt P minimal, an dem Λ H gleich Ä B ist.

Fall 2: ΔΗ <

Dies entspricht einer Situation, bei der die Walzwerksteif igkeit, wie in Figur 19b gezeigt, groß ist. Obgleich die Rate der Änderung von Δ B größer als jene von&.H ist, wird ft. H mit der Zunahme des Wertes von X (X^-O) größer, und gleichzeitig wird ά B kleiner. Daher gibt es einen Punkt P", an dem Δ H gleich A B ist und die Rate der Abmessungsänderungen wird an diesem Punkt minimal. Daher sollte der gewünschte Korrekturfaktor X für den Walzspalt die folgenden Zusammenhänge erfüllen, bei denen die Oberseite-zu-Unterseite-Abmessungsänderung A H infolge der WaIzspaltänderung X und die Breitenabmessungsänderung A B' infolge der Oberseite-zu-Unterseite-Äbmessungsänderung Λ Η Berücksichtigung finden:

X "+ ΔΗ = ΔΒ + ΔΒ«

X = AF/M = ΔΒ - R₂ - X-

= Ab - R? · -Tr - R? "X

.: :r_:.X. \ 332Ί1

- 48 -

Hieraus ergibt sich X zu

X =

(25)

Somit läßt sich der erforderliche Korrekturfaktor X auf der Basis der Breitenstreuungsänderung £ b und der Rück

AI	M	^K2i	)	AF	At'
		M	M
	1 + R;	AT -
	ab
1	+ R₂	• · ι
	Rl	AF
1	+ R₉	M

federungsänderung /\F/U (= Ah) / die direkt einen Beitrag zu der Walztemperaturänderung Δ. T leistet, bestimmen und

wenn der Walzspalt auf diese Weise korrigiert wird, sind die Oberseite-zu-Unterseite-Abrnessungsänderung und die Breitenabmessungsänderung beide aus der Gleichung (24) durch ttb/URj gegeben und dieser Wert Äb/HR₂ liefert das Minimum der maximalen Werte von&H und & B. Sowohl der

Koeffizient R₁ der Breitenabmessungsänderung, die zur Walztemperaturänderung beiträgt, als auch der Koeffizient R„ der Breitenabmessungsänderung, die zur Oberseite-zuUnterseite-Abmessungsänderung beiträgt, sind Konstanten, die sich für die jeweils speziellen Rundstabmaterialab-

messungen bestimmen lassen. Jeder dieser Koeffizienten R₁ und R₂ kann durch eine Gleichung zweiten Grades oder irgendeine andere geeignete Gleichung ausgedrückt werden, falls die Beziehungsgleichung linear oder nicht linear ist,

Aus der vorstehenden Beschreibung des sechsten wesentlichen Gedankens des Verfahrens nach der Erfindung ergibt sich, daß sich die Abmessungsgenauigkeit verbessern läßt, da die Rate der Reduktion oder der Walzspaltänderung, die zur Walztemperaturänderung beiträgt, von MAX

*" * ^R2" ^r ^au^ ^k/(1 +R₂) verkleinert werden kann. Die Tatsache, daß der Wert von Ab/HR„ kleiner als die maximalen Worte von JiiF/M und (Ab - R₃- ^) ist, läßt sich leicht nachweisen .

- 49 -

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Erfindung ein Verfahren zur steuerbaren Einflußnahme auf die Abmessungen oder das Profil eines Rundstabmaterials angibt, bei dem ungeachtet des Walzenabtrags an den Walzgerüsten , der mit Hilfe der Walzgerüste zu walzenden Metallsorte,, der Änderungen der Walzteraperatur und der Abmessungstoleranz usw. die Abweichungen bzw. Fehler des Durchmessers an ümfangspositionen des Erzeugnisses von dem gewünschten Durchmesser so klein wie möglich gehalten itferden und das Profil der Erzeugnisse über die Länge hinweg vergleichmäßigt wird,,

Daher gibt die Erfindung eine Lehre zur Verbesserung des Präzisionswalzens, um die zunehmende Nachfrage der Kunden nach Produkten zu erfüllen, bei denen man kein Ziehen tmd/oder Schälen benötigt.

Claims

V OSSSU S- VOSSI US- TftUiCW FsJ'ER -!-HE-O N EM A

P"AT £ NTÄ hi V\}% LT fe"

SIEBERTSTRASSE 4-8OOO MÜNCHEN 86 · PHONE. (Ο89) 4-74O7B CABLE: BENZOLPATENT MÖNCHEN · TELEX 5-29453 VOPAT D

10 ο Juni 1983 U₀Z.ι S 471

Case; A 781Ο-Ο3 STEEL

,Nippon-Steel Corporation
Tokyo / Japan
10

Verfahren zum Messen und zur steuerbaren Beeinflussung des Profils eines Rundstabmaterials oder eines ähnlichen

Werkstücks

Patentansprüche

ο Verfahren zum Messen eines sich bewegenden Rundstabmaterials oder eines ähnlichen Werkstücks in einem Walzwerk, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß eine Werkstückmeßeinrichtung angeordnet wird, die derart beschaffen und ausgelegt ist, daß sie kontinuierlich die Durchmesser des Werkstücks an η regelmäßig auf dem Umfang des Werkstücks verteilten Winkelpositionen mißt, währenddem sie sich kontinuierlich um das sich bewegende Werkstück dreht, wobei ihre Drehachse mit der Durchlaßlinie des Walzwerks fluchtet, daß das Profil des Werkstücks auf der Basis dieser mit Hilfe der Werkstückmeßeinrichtung gemessenenen Durchmesserwerte für die Hälfte des Umfangs des Werk-Stücks aufgezeichnet wird, und daß die Werte für H, B und L und die entsprechende Winkelposition θ von L erfaßt werden, wenn der Durchmesser gleich dem Krüm-

"-^::-· ·····■· 332110A

mungsradius der profilierten Teile der Walzen als ein Oberseite-zu-Unterseite-Durchmesser H und der Durchmesser orthogonal zu dem Durchmesser H als ein Breitendurchmesser B oder der Durchmesser der einer größten Änderung während des Walzens ausgesetzt ist, als der Breitendurchmesser B und der Durchmesser orthogonal bezüglich des Durchmessers B als der Oberseitezu-Unterseite-Durchmesser H oder der Durchmesser, der

jQ zwei axial symmetrische Punkte innerhalb eines Winkelbereiches von 180° verbindet und einer kleinsten Änderung während des Walzens ausgesetzt ist, als der Oberseite-zu-Unterseite-Durchmesser H und der Durchmesser orthogonal bezüglich des Durchmessers H als

^5 der Breitendurchmesser B und der größte Durchmesser von allen bei dem Werkstückprofil, abgesehen von dem Oberseite-zu-Unterseite-Durchmesser H und dem Breitendurchmesser B als ein Schulterdurchmesser L definiert ist.

2. Verfahren zur steuerbaren Beeinflussung des Profils eines sich bewegenden Rundstabmaterials oder eines ähnlichen Werkstücks in einem Walzwerk, dadurch gekennzeichnet, daß eine geometrische Be- Stimmung unter Verwendung der Meßwerte für H, L und θ nach Anspruch 1 durchgeführt wird, um den Walzspalt eines am weitesten stromabwärts liegenden Walzgerüsts (ein Walzgerüst Nr. i) derart zu bestimmen und zu steuern, daß man eine Gleichheit zwischen dem Wert von H + (L - H)/2 und dem gewünschten Durchmesserwert des Werkstücks nach der Steuerung des Walzenspalts erhält, daß gleichzeitig ein Wert Bx des Breitendurchmessers B abgeschätzt wird, der einer Änderung infolge der Reduktion an dem Walzgerüst Nr. i auf der Basis des zuvor ermittelten Zusammenhangs zwischen einer Walzspaltänderung und einer Breitendurchmesseränderung an dem Walzgerüst Nr. i abgeschätzt wird, und daß der Walz-

spalt eines Walzgerüsts Nr* Ci-1) auf der Basis des zuvor ermittelten Zusammenhangs zwischen der WaIzspaltänderung und der Breitendurchmesseränderung an dem Walzgerüst Nr. (i-1) derart ermittelt und gesteuert wird, daß der Breitendurchmesser B konstant zwischen den Werten von H und L nach der Steuerung des Walzspalts gehalten wird=

3" Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusammenhang zwischen der Walzspaltänderung und der Breitendurchmesseränderung an dem am weitesten stromabwärts gelegenen Walzgerüst (Walzgerüst Nr. i) und der Zusammenhang zwischen der Walzspaltänderung und der Breitendurchmesseränderung an dem Walzgerüst Nr. (i-1) auf der Basis des Ausgangs der Werkstückmeßeinrichtung korrigiert werden.

4= Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß eine Temperaturerfassungseinrichtung auf der stromaufwärtigen Seite des Walzgerüsts Nr. (i-1) vorgesehen ist, das direkt stromaufwärts des am weitesten stromabwärts liegenden Walzgerüsts (Walzgerüst Nr. i) angeordnet ist, um die auf das sich bewegende Werkstück einwirkende Walztemperatur zu erfassen, so daß Oberseite-zu-Unterseite-Abmessungsänderungen, Breitenabmessungsänderungen und Schulterabmessungsänderungen aufgrund einer Walztemperaturänderung zusätzlich bei der geometrisehen Ermittlung des gesteuerten Walzspalts an dem am weitesten stromabwärts liegenden Walzgerüst (Walzgerüst Nr. i) berücksichtigt wird, und daß dieser Einfluß auch bei den Ermittlungen zum Abschätzen des gesteuerten Walzspalts an dem Walzgerüst Nr. (i-1) berücksichtigt wird, das direkt stromauf von dem Walzgerüst Nr. i angeordnet ist.

5. Verfahren zur steuerbaren Beeinflussung des Profils eines sich bewegenden Stangenmaterials oder eines ähnlichen Werkstücks, das zwischen profilierten WaI-zen in einem Walzwerk gewalzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Werkstücks an der Eintrittsseite eines Walzgerüsts (Walzgerüst Nr. (i-1)), das direkt stromaufwärts eines am weitesten stromabwärts liegenden Walzgerüsts

■j^Q (Walzgerüst Nr. i) angeordnet ist, erfaßt wird, daß eine Breitenabmessungsänderung ΔΒ und eine Oberseitezu-Unterseite-Abmessungsänderung ΔΗ des Werkstücks an der Austragsseite des Walzgerüsts Nr. i, zurückzuführen auf eine Walztemperaturänderung ΔΤ im Vor-

!5 hinein dadurch abgeschätzt werden, daß zwei Gleichungen gleichzeitig gelöst werden, die jeweils den zuvor ermittelten Zusammenhang zwischen den Walzspaltänderungen an den Walzgerüsten Nr. i und Nr. (i—1) und die Breitenabmessungsänderung des Werkstücks an der Austragsseite des Walzgerüsts Nr. i und der zuvor ermittelte Zusammenhang zwischen den Walzspaltänderungen an den Walzgerüsten Nr. i und Nr. (i-1) und der Oberseite-zu-Unterseite-Abmessungsänderung des Werkstücks an der Austragsseite des Walzgerüsts Nr. i darstellen, um die erforderlichen Korrekturfaktoren für die Walzspalte der Walzgerüste Nr. i und Nr. (i-1) zu Eliminierung von AB und AH zu ermitteln, daß der Walzspalt des Walzgerüsts Nr. (i-1) durch die Größe entsprechend des ermittelten Korrekturfaktors für das Walzgerüst Nr. (i-1) korrigiert wird und daß der Walzspalt des Walzgerüsts Nr. i durch die Größe entsprechend des Viertes von Δ,Έ/ΙΑ korrigiert wird, wobei mit Af die Walzkraftänderung und mit M die Walzwerkkonstante bezeichnet ist.

. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet^ daß die Temperatur des sich bewegenden Werkstücks durch eine Abschätzung auf der Ba-

p- sis der Walzkraft ermittelt wird, die über das Walzgerüst Nr. (i-1) einwirkt.

7« Verfahren nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η ζ e i c h η et,. daß die kontinuierlich um die

,Q Achse des Werkstücks drehbare Werkstückmeßeinrichtung auf der stromabwärtigen Seite des Walzgerüsts Wr. i angeordnet ist und daß die Gleichungen zur Verwendung für die Abschätzung der Oberseite-zu-Unterseite-Ä'nderungen und der Breitendurchmesseränderungen des

, c Werkstücks infolge der Werkstücktemperaturänderung und der Walzspaltkorrekturen auf der Basis des Ausgangs der Werkstückmeßeinrichtung korrigiert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die um die Achse des Werkstücks kontinuierlich drehbare Werkstückmeßeinrichtung auf der stromabwärtigen Seite des Walzgerüsts Nr< i zur Ermittlung von Abweichungen des Oberseite-zu-Unterseite-Durchmessers und des Breitendurchmessers von dem gewünschten Durchmesserwert auf der Basis des Ausgangs der Werkstückmeßeinrichtung angeordnet ist, und daß die Walzspalte an den Walzgerüsten Nr. i und Nr. (i-1) derart korrigiert werden, daß die Abweichungen von dem gewünschten Durchmesser Null werden, wenn die abgeschätzte Walztemperaturänderung und die abgeschätzte Änderung des Oberseite-zu-Unterseite-Durchmessers und des Breitendurchmessers infolge der Korrektur der Walzenspalte hierzu addiert werden.

9. Verfahren zur steuerbaren Beeinflussung des Profils eines sich bewegenden Rundstabmaterials oder eines ähnlichen Werkstücks in einem Walzwerk, dadurch g e -

— β —

kennzeichnet, daß man die Meßwerte für B, H und L entsprechend Anspruch 1 erhält/ daß auf der Basis des zuvor ermittelten Zusammenhangs zwisehen der rückwärts gerichteten Spannung eines am

weitesten stromabwärts liegenden Walzgerüsts (Walzgerüst Nr. i) und der Breitendurchmesseränderung die nach rückwärts gerichtete Spannung des Walzgerüsts Nr. i derart ermittelt und gesteuert wird, daß ■,η der Wert für B konstant zwischen den Werten H und L nach der Spannungssteuerung bleibt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte für H, L und θ

^jT entsprechend Anspruch 1 auch zur geometrischen Bestimmung und Steuerung des Walzspalts des Walzgerüsts Nr. i verwendet werden, so-daß man eine Gleichheit zwischen den Werten von H + (L - H)/2 und dem gewünschten Durchmesserwert nach der Walzspaltsteuerung erhält.

11. Verfahren zur steuerbaren Beeinflussung des Profils eines sich bewegenden Rundstabmaterials oder eines ähnlichen Werkstücks in einem Walzwerk, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehler bzw. Abweichungen Δ B , ΔΗ und AL von B, H und L nach Anspruch 1 als Abweichung von dem gewünschten Durchmesserwert ermittelt werden, daß zuvor der Zusammenhang zwischen einer Walzspaltänderung an einem am weitesten stromabwärts liegenden Walzgerüst (Walzgerüst Nr. i) und der Brextenabmessungsänderung, der Oberseite-zu-Unterseite-Durchmesseränderung und der Schulterdurchmesseränderung ermittelt wird, daß zu den Fehlern die Breitenabmessungsänderung, die Oberseite-zu-Unterseite-Durchmesseränderung und die Schulterdurchmesseränderung addiert werden, die sich aus der Walzspaltänderung an dem Walzgerüst Nr. i ergeben,

■^:'ÜO·· -.:- 3321

und zwar unter Verwendung der zuvor ermittelten Zusammenhänge, mittels denen Fehler für die einzelnen Änderungen bzw. Abweichungen von dem gewünschten unruhig messer in Abschätzung ermittelt werden, und daß der Walzspalt an dem Walzgerüst Nr. i derart gesteuert wird? daß man einen Walzspalt wählt, bei dem man ein Minimum der Maximalwerte dieser drei Fehlergrößen erhält=

. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch g e k e η η zeichnet? daß die kontinuierlich um die Achse des Werkstücks sich drehende Werkstückmeßeinrichtung auf der stromabwärtigen Seite des Walzgerüsts Nr. i

2g angeordnet ist und daß die zuvor ermittelten Zusammenhänge zwischen der Walzspaltänderung und der Breitendurchmesseränderung, der Oberseite-zu-Unterseite-Durchmesseränderung und der Schulterdurchmesseränderung auf der Basis des Ausgangs der Werkstückmeßeinrichtung korrigiert werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßeinrichtung auf der stromaufwärti gen Seite des Walzgerüsts Nr. i vorgesehen ist, um die auf das sich bewegende Werkstück einwirkende Walztemperatur zu ermitteln, so daß die Oberseite-zu-Unterseite-Durchmesseränderung, die Breitendurchmesseränderung und die Schulterdurchmesseränderung resultierend aus einer Walztemperaturänderung zu den zuvor abgeschätzten Fehlern bzw. Abweichungen von dem gewünschten Durchmesserwert addiert werden.

14, Verfahren nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Breitendurchmesser des Werkstücks grob an dem Walzspalt des Walzgerüsts Nr. (i-1) korrigiert wird, das direkt stromaufwärts von

-δι

dem Walzgerüst Nr. i angeordnet ist.

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch g e k e η η C₃ zeichnet, daß der Breitendurchmesser des Werkstücks grob an dem Walzspalt des Walzgerüsts Nr. (i-1) korrigiert wird, das direkt stromaufwärts von dem Walzgerüst Nr. i angeordnet ist.

.Q 16. Verfahren zur steuerbaren Beeinflussung des Profils eines sich bewegenden Rundstabmaterials oder eines ähnlichen Werkstücks, das zwischen profilierten Walzen in einem Walzwerk gewalzt wird, dadurch g e kennzeichnet, daß die Temperatur des Werk-

, [- Stücks an der Eintrittsseite eines Walzgerüsts erfaßt wird, eine Breitendurchmesseränderung ΔB und eine Oberseite-zu-Unterseite-Durchmesseränderung ΔΗ des Werkstücks an der Austragsseite des Walzgerüsts, die auf eine Walztemperaturänderung ΔΤ zurückzuführen ist, im Vorhinein abgeschätzt wird, und daß der erforderliche Korrekturfaktor für den Walzspalt an diesem Walzgerüst derart bestimmt wird, daß man eine Gleichheit zwischen der Breitendurchmesseränderung Δβ und der Oberseite-zu-Unterseite-Durchmesseränderung Δ Η

2^ erreicht.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des sich bewegenden Werkstücks dadurch ermittelt wird, daß sie auf der Basis der auf das Walzgerüst einwirkenden Walzkraft abgeschätzt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die sich kontinuierlich um die

jjij Achse des Werkstücks drehende Werkstückmeßeinrichtung auf der iitromabwärtigon Seite des Walzgerüsts angeordnet ist, das ein am weitesten stromabwärts liegendes

Walzgerüst ist, und daß die Gleichungen zur Verwendung der Abschätzung der Oberseite-zu-Unterseite-Durchmesseränderung und der Breitendurchmesseränderung auf

g der Basis der Werkstücktemperaturänderung und der erforderliche Walzspaltkorrekturfaktor auf der Basis des Ausgangs der Werkstückmeßeinrichtung korrigiert werden =

IQ 19= Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,, daß die sich kontinuierlich um die Werkstückachse drehende Werkstückmeßeinrichtung auf der stromabwärtigen Seite des Walzgerüsts Nr. i zur Ermittlung von Fehlern bzw. Abweichungen des Ober-

jg seite-zu-Unterseite-Durchmessers und des Breitendurchmessers von dem gewünschten Durchmesserwert auf der Basis des Ausgangs der Werkstückmeßeinrichtung angeordnet ist, und daß der Walzspalt an dem Walzgerüst Nr. i derart korrigiert wird, daß die Abweichungen von

2Q dem gewünschten Durchmesserwert einander gleich werden, wenn die Walztemperaturänderung und die abgeschätzten Oberseite-zu-Unterseite-Durchmesseränderung und Breitendurchmesseränderung infolge der Korrektur des Walzspalts hierzu addiert werden.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Breitendurchmesser des Werkstücks grob an dem Walzspalt des Walzgerüsts Nr. (i-1) korrigiert wird, das direkt stromaufwärts von dem WaIzgerüst Nr. i angeordnet ist.