DE3516779A1

DE3516779A1 - Formsteuervorrichtung fuer flachmaterial

Info

Publication number: DE3516779A1
Application number: DE19853516779
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Nishinomiya Hyogo Wakamiya
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1984-05-09
Filing date: 1985-05-09
Publication date: 1985-11-14
Also published as: AU4205585A; JPS60238016A; KR850008109A; US4658614A; BR8502186A; DE3516779C2; AU557223B2; KR890003399B1; JPH06244B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Formsteuervorrichtung für Flachmaterial/ insbesondere eine Formsteuervorrichtung, mit der sich warmgewalzter Stahl in eine geeignete Gestalt oder Form bringen läßt.

Als Steuervorrichtung dieser Art ist bislang eine Anordnung bekannt, bei der die Temperatürverteilung einer warmgewalzten Stahlplatte in ihrer Breitenrichtung gemessen wird, um eine Belastungsverteilung in dieser Richtung vorauszubestimmen, auf deren Basis die Gestalt oder die Form des Flachmaterials vorgegeben wird, um Steuerungen zu betreiben, wie zum Beispiel

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eine Walzenbiegeeinrichtung und eine Walzenkühleinrichtung, so daß man dadurch eine Formsteuerung erzielt, um ein Flachmaterial mit der erwünschten Form oder Gestalt herzustellen.

Bei der herkömmlichen Formsteuerungsvorrichtung dieser Art wird jedoch die thermische Wölbung der Walzen nicht berücksichtigt, die sich im Laufe der Zeit und mit dem Verschleiß der Walzen ändert, obwohl dies wichtige Faktoren bei der Formgebung sind. Dies führt zu dem Nachteil, daß fehlerhafte Formgebungen bzw. Formen im Laufe der Zeit bzw. mit der Anzahl der gewalzten Produkte auftreten.

Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik ist es somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Formsteuervorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß man Flachmaterial mit exakt der gewünschten Form herstellen kann.

Gemäß der Erfindung wird eine Formsteuervorrichtung für Flachmaterial angegeben, bei welcher die optimale Temperaturverteilung des Flachmaterials in dessen Breitenrichtung auf der Basis der thermischen Wölbung und dem Maß an Abnützung in der Breitenrichtung der Walzen, basierend auf der Walzenhysterese-Information nach der Neuordnung der Walzen und einer Bezugsbiegekraft berechnet wird, welche das Maß der Korrekturbiegung zu maximieren erlaubt, wobei die optimale Walζtemperaturverteilung und eine Temperaturverteilung in der Breitenrichtung des Flachmaterials bzw. eines Abschnittes davon auf der Eingangsseite des Walzwerkes miteinander zur Bildung der Differenz verglichen werden, und wobei eine Vorrichtung zum Heizen/Kühlen auf der Eingangsseite des Walzwerkes installiert und derart aufgebaut ist, daß es eine Vielzahl von Teilen des Flachmaterials, in welche dieses in seiner Breitenrichtung unterteilt ist, separat heizen/kühlen kann, was entsprechend der genannten Differenz gesteuert wird, so daß eine Formsteuerung des Flachmaterials erzielt wird, wodurch das

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-Μ Ι Flachmaterial mit der gewünschten Form auch an seinem Vorderende hergestellt werden kann und zwar auch dann, wenn längere Zeit verstreicht bzw. wenn eine größere Anzahl von Produkten bereits gewalzt wurde. Die Bezugsbiegekraft der maximalen Biegekorrektur-Amplitude fließt gemäß der Erfindung hier ein, da eine Biegevorrichtung mit einer herkömmlichen Rückkopplungsschleife in der Formsteuerung innerhalb des Flachmaterials oder der Stahlplatte betrieben wird und der Maximalwert der manipulierten Variablen festgehalten werden soll.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher beschrieben, die in Zeichnungen näher erläutert sind. Hierbei zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Formsteuervorrichtung

gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der thermischen Wölbung von Walzen in der Breitenrichtung des Flachmaterials;

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der thermischen Wölbung und der Anzahl von gewalzten Produkten im Zentrum der Walzen in deren Längsrichtung;

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung des Verschleisses der Walzen in der Breitenrichtung des Flachmaterials;

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen dem Walzenverschleiß und dem Walzengewicht im WalzenZentrum;

Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Belastungsverteilung eines Walzwerkes in dem Zustand, in dem sich die Rollen biegen;

-M-

Fig. 7 ein Flußdiagramm zur Berechnung der Krümmung der Walzen; und in

Fig. 8 ein Flußdiagramm zur Berechnung der optimalen Biegekraft.

Nachstehend wird zunächst das Prinzip der Erfindung näher erläutert.

Nimmt man einen willkürlichen Zeitpunkt nach der Neuanordnung der Walzen in einem Warmwalzwerk/ so ist der Wert der thermischen Wölbung y_m(x) der Walzen symmetrisch in bezug auf das Zentrum der Walzen in deren Längsrichtung und kann im wesentlichen durch eine quadratische Gleichung ausgedrückt werden (siehe Fig. 2). Wenn man außerdem die Zeitdauer oder die Anzahl von gewalzten Produkten berücksichtigt, so ergibt sich der Wert für die thermische Wölbung y_T(0) im Walzenzentrum in der in Fig. 3 dargestellten Weise. Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Formsteuervorrichtung in Anwendung auf ein Walzwerk. Aus den Fig. 1 bis 3 läßt sich folgendes entnehmen:
(1) Der Wert der thermischen Wölbung ändert sich rasch nach der Neuanordnung der Walzen. (2) Wenn der Walzvorgang fortschreitet, wird die Änderung klein.

(3) Wenn eine Walzpause, wie zum Beispiel eine Walzunterbrechung, lang wird, so nimmt der Wert der thermischen Wölbung wegen einer Abnahme der Walzentemperatur ab, bei Fortsetzung des Walzbetriebes ändert sich die thermische Wölbung rasch wieder.

Unter Berücksichtigung der obigen Darlegungen läßt sich der Wert der thermischen Wölbung y_m(x) duch die nachstehende Gleichung ausdrücken, und zwar unter Berücksichtigung der Anzahl N von gewalzten Produkten nach der Neuanordnung der Walzen:

-9-y_T(x) = (A_T x² + B_T χ + G_T) . I 1 - exp(-D_T.N_E)} (1)

mit

N_E = (N^"¹ + l).exp(-E_T. T) (2)

wobei die einzelnen Symbole folgende Bedeutung haben: y_,(x) = Wert der thermischen Wölbung der Walzen, χ = Koordinatenwert der Walzen in ihrer Längsrichtung, A_T, B_T, C_T, D_T, E_T = Konstanten,

N„ = äquivalente Anzahl von gewalzten Produkten,

N-I
N„ = äquivalente Anzahl von gewalzten Produkten, die

vor dem betrachteten Produkt bearbeitet wurden, ^w = Zeitdauer einer Walzpause seit dem Walzen des vorhergehenden Produktes.

Als nächstes soll der Walzenverschleiß y_w(^x) näher erläutert werden. Geht man von einer willkürlichen Zeit nach der Neuanordnung der Walzen aus, so ist der Wert des WaI-zenverschieisses symmetrisch zum Walzenzentrum, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist und läßt sich durch eine biquadratische Gleichung ausdrücken.

Wenn außerdem der Walzenverschleiß y_w(0) im Walzenzentrum gegenüber einem Walzengewicht W nach deren Neuanordnung aufgetragen ist, so ergibt sich eine im wesentlichen proportionale Relation, wie es in Fig. 5 dargestellt ist.

Unter Berücksichtigung der obigen Überlegungen läßt sich der Wert für den Walzenverschleiß durch die nachstehende Gleichung ausdrücken, und zwar unter Berücksichtigung des Walzengewichtes W nach der Neuanordnung der Walzen:

-y_w(x) = (A_w x⁴ + B_w x³ + c_w x² + D_w χ + E_W)*W (3)

wobei bedeuten:

y_w(x) = Wert des Walzenverschleisses,

, B_w, C_w, D_w, E_w = Konstanten,

Ix = Koordinatenwert der Walzen in deren Längsrichtung, W = Walzengewicht nach Neuanordnung der Walzen.

Im folgenden wird der Krümmungswert der Walzen des WaIz-Werkes näher erläutert, üblicherweise läßt sich eine dynamische Gleichung hinsichtlich der Walzenkrümmung folgendermaßen ausdrücken:

d²y_ P(x) 1 d²P(x)

in 1 ⁼ ⁺ · —2 ⁽⁴⁾

dx E · I Ot-G-A dx

Hierbei bedeuten:

y_, = Krümmungswert einer Walzenachse E = Längselastizitätsmodul der Walzen I = zweites Moment der Fläche der Walzen, ot = Konstante

G = der Elastizitätsmodul der Walzen, A = Querschnittsfläche der Walzen,

χ = Koordinatenwert der Walzen in deren Längsrichtung, P(x) = Walzenbelastungsverteilung in axialer Richtung der Walzen.

Zur Lösung der Gleichung (4) sind die Belastungsverteilung P(x) und die Randbedingungen anzugeben.

Fig. 6 zeigt die Walzenbelastungsverteilung in einem Vierfach-Walzwerk in dem Zustand, in dem sich die Walzen biegen. In Fig. 6 bezeichnet die x-Achse die Koordinate in der Richtung der Walzenachse, das heißt, in der Breitenrichtung des Flachmaterial, während die y-Achse die Koordinaten für die Krümmung der Walzenachse angibt.

Ein Flachmaterial 1 wird von oberen und unteren Arbeitswalzen 2a und 2b gewalzt. Hierbei tritt eine Belastungsverteilung P₁(x) zwischen dem Flachmaterial 1 und der oberen Arbeitswalze 2a auf. Gleichzeitig entsteht eine Belastungsverteilung P₂(x) zwischen der oberen Arbeitswalze 2a und der oberen Stützwalze 3a. Das Symbol P in

■3*-

der Zeichnung bezeichnet eine Walzkraft/ die von einem Belastungsmeßfühler abgetastet wird, das Symbol F bezeichnet eine Biegekraft/ die zwischen den oberen und unteren Arbeitswalzen 2a und 2b auftritt.

Wenn der Ausgleich der Kräfte bei der Anordnung gemäß Fig. 6 betrachtet wird/ so ergibt sich:

.π

*-* I₁

P-F=J₁ P₁(X) dx (5)

* 2^b

wobei

b = Breite des Flachmaterials.

P,(x) kann ermittelt werden, wenn man die Temperaturverteilung über die Breite des Flachmaterials 1 kennt und zwar gemäß den nachstehenden Beziehungen:

P₁(X) = K/R-TAh . Q_p (6)

mit

K = K_o._£n.₄m.exp^ (7)

wobei bedeuten:

R¹ = abweichender Walzenradius,

Ah = Walzenreduzierung,

Qp = Reduzierungskraftfunktion,

K = Verformungswiderstand,

K , n, m, ot = Konstanten,

£. = Spannung

d = Spannungsgeschwindigkeit T = Temperatur.

Wenn außerdem die Belastungsverteilung zwischen der oberen Arbeitswalze 2a und der oberen Stützwalze 3a angegeben und der Ausgleich der Kräfte betrachtet wird, so ergibt sich die Beziehung:

P = / P₀(X) dx (8)

/Ir P₀(X) dx 1 _T

-f L

Hierbei bedeutet L die Länge der Walzen.

Im allgemeinen läßt sich die Gleichung (4) gemäß einem Ablauf oder Flußdiagramm lösen, wie es in Fig. 7 angegeben ^ist·

Wenn die Walzenbelastungsverteilung P, (x) erhalten ist, läßt sich, wie oben erwähnt, die Walzenkrümmung y_ berechnen. Es ist somit erforderlich, die Temperaturverteilung des Flachmaterials in seiner Breitenrichtung zu kennen.

Die Temperaturverteilung des Flachmaterials oder der Stahlplatte über deren Breite hinweg in dem Warmwalzwerk läßt sich durch die nachstehende quadratische Gleichung unter Berücksichtigung der Fundamentalgleichung der thermischen Leitung folgendermaßen ausdrücken:

T(x) = τ - a.x² (9)

Hierbei bedeuten:

T = Plattentemperatur im Zentrum der Breitenrichtung

der Platte,

χ = Abstand vom Zentrum der Plattenbreite, a = Konstante.

Dies läßt sich berechnen, indem man die Temperaturen an mindestens zwei Punkten, einschließlich des Zentrums, über die Breite der Platte mißt.

Die vorliegende Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die optimale Walζtemperaturverteilung in der Breitenrichtung der Stahlplatte die Gestalt des Vorderendes der Stahlplatte in einer geeigneten Gestalt erhält und zwar

-βλ unter der Bezugsbiegekraft F_Q, die zur Maximierung der Biegekorrektur-Amplitude in einer Rückkopplungsformsteuerung geeignet ist, wobei die Stahlplatte mit einbezogen ist. Man erhält dieses Resultat, wenn man die oben angegebenen Gleichungen (1) - (9) bei der Steuerung einer Vorrichtung zum Erwärmen/Kühlen berücksichtigt.

Bei der Beurteilung der Form der Platte wird der Gesamtwert y(x) aus den erwähnten drei Werten berücksichtigt, dem berechneten thermischen Wölbungswert y_T(x), dem berechneten Walzenverschleißwert Y_w(x) und dem berechneten Walzenkrümmung swert y_. (x) :

y(x) = y_T(x) - y_w(x) + y_ß(x) (10)

Ein Kriterium, bei dem die quadratische Abweichung des Gesamtwertes von χ = 0 minimiert ist, kann als optimale Biegekraft F _p angegeben und definiert werden:

I_L

J = min f ² /y(0) - y(x)7² dx (11)

Die optimale Biegekraft F kann entsprechend dem Flußdiagramm nach Fig. 8 berechnet werden.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand von Abbildung 1 näher beschrieben.

Mit 1 ist in der Abbildung ein Flachmaterial oder eine Stahlplatte bezeichnet, die Bezugsziffern 2a und 2b bezeichnen obere und untere Arbeitswalzen, die Bezugsziffern 3a und 3b obere und untere Stützwalzen. Ein Rechner 4 für die thermische Wölbung erhält Daten über die Zeitdauer des Walzintervalls des gewalzten Materials und die Anzahl von gewalzten Stücken nach der Neuanordnung der Walzen und berechnet γ_φ(χ) entsprechend Gleichung (1). Ein Rechner 5 für den Walzenverschleiß erhält Daten über

Al

das Walzgewicht nach der Neuanordnung der Walzen und berechnet y_TT(x) gemäß Gleichung (3) . Beide Ergebnisse y (x) und Y_w(x) werden nur einmal berechnet, bevor die Stahlplatte 1 in das Walzwerk eingeführt wird.

Eine Temperaturmeßvorrichtung 6 ist an der Eingangsseite des Walzwerkes installiert und mißt die Temperatur an mehreren Punkten, vorzugsweise mindestens an drei Punkten in der Breitenrichtung der Stahlplatte 1 und detek-

IQ tiert so die Temperaturverteilung in der Breitenrichtung. Ein Rechner 7 für die optimale Walztemperaturverteilung empfängt die Ausgangswerte y_m(x) und y_TT(x) der Rechner bzw. 5, sowie die Bezugsbiegekraft F_Q und berechnet die optimale Walztemperaturverteilung in der Breitenrichtung der Platte entsprechend dem Flußdiagramm nach Fig. 8. Diese optimale Verteilung wird errechnet, indem man den Bezugstemperaturkoeffizienten a_Q in Gleichung (9) einsetzt.

Mit der Bezugsziffer 8 ist eine Steuerung für die Erwärmung/Kühlung bezeichnet, welche die optimale Walztemperaturverteilung aus dem Rechner 7 und die tatsächliche Temperaturverteilung aus der Temperaturmeßvorrichtung 6 vergleicht und deren Unterschied feststellt und daraufhin die Steuervorrichtung 9 für die Erwärmung/Kühlung entsprechend dem Unterschied steuert. Die Vorrichtung 9 zum Erwärmen/Kühlen ist zwischen der Temperaturmeßvorrichtung 6 und dem Walzwerk installiert und kann separat mehrere Teile erwärmen oder kühlen und zwar vorzugsweise an mindestens drei Punkten, in welche die Stahlplatte der Breite nach unterteilt ist.

Die oben beschriebenen Rechenvorgänge werden zu dem Zeitpunkt durchgeführt, zu dem die Stahlplatte 1 die Temperaturmeßvorrichtung 6 passiert hat. Die Steuerung 8 zum Erwärmen/Kühlen ist vollständig auf den beabsichtigten Zustand eingestellt, bevor die Stahlplatte 1 die Anordnung 9 passiert hat.

Auf diese Weise stellt die hier gezeigte Ausführungsform der Erfindung die optimale Walzentemperatür ein, um die Form des Vorderendes der Stahlplatte in optimale Form zu bringen und zwar bei derjenigen Bezugsbiegegröße, die geeignet ist, die Biegekorrekturgröße zu maximieren, wobei darüber hinaus die thermische Wölbung der Walzen, der Walzenverschleiß und die Wölbung der Walzen aufgrund der Walzhysterese-Information nach der Neuanordnung der Walzen berücksichtigt wird, so daß es möglich ist, in vorteilhafter Weise eine Formsteuerung vorzunehmen, und zwar nicht nur am Vorderende der Stahlplatte sondern auch innerhalb der Stahlplatte.

Wie oben bereits erwähnt ,werden gemäß der Erfindung die

!5 optimale Walztemperaturverteilung des Flachmaterials in dessen Breitenrichtung berechnet, und zwar auf der Basis der thermischen Wölbung und der Abnutzungsgröße in der Breitenrichtung der Walzen, basierend auf der Walzenhysterese-Information nach der Neuanordnung der Walzen. Eine Bezugsbiegekraft erlaubt die Maximierung der Biegekorrektur. Die optimale Walztemperaturverteilung und eine Temperaturverteilung in der Breitenrichtung des Flachmaterials an der Eingangsseite des Walzwerkes werden miteinander verglichen, um die Differenz zu bilden, eine Vorrichtung zum Erwärmen/Kühlen ist auf der Eingangsseite des Walzwerkes installiert und kann mehrere Abschnitte des Flachmaterials, in welche dieses in der Breitenrichtung unterteilt ist, separat wärmen/kühlen und wird entsprechend der Differenz gesteuert, so daß eine Formsteuerung des Flachmaterials derart durchgeführt wird, daß ein Flachmaterial mit einer geeigneten und günstigen Form hergestellt wird und zwar sowohl am Vorderende des Flachmaterials als auch in dessen mittleren Bereich und zwar ungeachtet dessen, ob die Anzahl von gewalzten Produkten anwächst oder eine Walzunterbrechung vorlag.

Claims

Patentansprüche

1. Formsteuervorrichtung für Flachmaterial, gekennzeichnet durch

einen Rechner (4) für die thermische Wölbung, der einen Wert für die thermische Wölbung in Breitenrichtung der Walzen (2, 3), basierend auf der Information über die Walzenhysterese nach Neuanordnung der Walzen (2, 3) errechnet, einen Rechner (5) für den Walzenverschleiß, der einen Walzenverschleißwert der Walzen (2, 3), basierend auf der Walzenhysterese-Information nach der Neuanordnung der Walzen (2, 3) berechnet, einen Rechner (7) für die optimale Walztemperaturverteilung, der eine optimale

Walztemperaturverteilung in Breitenrichtung des Flachmaterials (1), basierend sowohl auf dem Resultat aus dem Rechner (4) für die thermische Wölbung, als auch auf dem Resultat des Rechners (5) für den Walzenverschleiß, als auch auf einer Bezugsbiegekraft, die eine zu maximierende Biegekorrektur-Amplitude ermöglicht, ein Thermometer (6), das auf der Eingangsseite eines Walzwerkes angeordnet ist, und das über die Breite des Materials dessen Temperaturverteilung aus den Temperaturwerten mehrerer Punkte in der Breitenrichtung des Flachmaterials (1) detektiert, einer Heiz/Kühl-Vorrichtung (9), die zwischen dem Thermometer (6) und dem Walzwerk angebracht ist und die getrennt voneinander mehrere Teile des Flachmaterials (1) erwärmen/kühlen kann, in welche dieses in seiner Breitenrichtung unterteilt ist, und eine Erwärmungs/Kühlungs-Steuerung (8), die ein Signal für die optimale Walztemperaturverteilung aus dem Rechner (7) für die optimale Walztemperatur mit einem Temperaturverteilungssignal aus dem Thermometer (6) vergleicht und dadurch die Vorrichtung (9) zum Erwärmen/ Kühlen entsprechend den Ergebnisunterschieden steuert.

2. Formsteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermometer (6) derart angeordnet/ ausgebildet ist, daß es die Temperaturverteilung über die Breite aus den Temperaturwerten von mindestens drei Punkten in der Breitenrichtung über das Flachmaterial (1) detektiert.

3. Formsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (9) zum Erwärmen/Kühlen derart ausgebildet ist, daß sie voneinander getrennt Teile von mindestens drei Punkten, in welche das Flachmaterial (1) in seiner Breitenrichtung unterteilt ist, erwärmen/kühlen kann.