DE3823767A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern des profils und der planheit von metallbaendern in mehrgeruestigen walzstrassen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Dicken-Profils und der Planheit von Metallbändern beim Walzen in einer mehrgerüstigen Walzstrasse, wobei die Form und/oder Position wenigstens einer Walze wenig­ stens eines Walzgerüstes derart gesteuert wird, dass dadurch der Verlauf des Walzspaltes über die Bandbreite geändert wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bei der wenigstens eine Walze eines Walzgerüstes als Walze mit steuerbarer Form und/oder Position ausgebildet ist.

Beim Walzen von Metallbändern werden zwei Prozess­ schritte unterschieden, nämlich das Warmwalzen und das Kaltwalzen.

Der Warmwalzprozess wird zum Abwalzen des im Giessver­ fahren hergestellten Materialblocks, Bramme genannt, eingesetzt. Das Material wird von 600 mm Dicke bis auf eine Dicke zwischen 15 bis 2 mm heiss oder warm herun­ tergewalzt und das Band hinter dem Walzwerk zu soge­ nannten Bunden aufgewickelt, oder aber im abgekühlten Zustand kalt weitergewalzt.

Im nachfolgenden Kaltwalzprozess werden die Rohbänder kalt, d.h. bei etwa Raumtemperatur, weiter in der Dicke reduziert. Im Falle von Aluminiumfolie z.B. bis herun­ ter auf Metalldicken unter 10 Mikrometer.

Beim Warmwalzprozess wird das geometrische Profil des Bandes durch den Walzprozess erzeugt, d.h., ob das Pro­ fil im Querschnitt rechteckig, oder in der Mitte konvex oder konkav ausgebildet ist, oder irgendwelche unregel­ mässigen Querschnittsform erhält. Verursacht durch die Deformation der Walzwerkwalzen unter der Walzkraft und dem Walzenverschleiss während des Walzprozesses, ist es nur schwer möglich, ohne besondere Massnahmen ein ge­ wünschtes Bandprofil fortlaufend gleichmässig zu erzeugen. Da sich im folgenden Kaltwalzprozess die durch die Verformung entstehenden Spannungen nicht mehr automatisch abbauen, kann das im Warmwalzwerk erzeugte Bandprofil durch den Kaltwalzprozess nicht mehr in sei­ ner geometrischen Form korrigiert werden. Wird dies jedoch versucht, führt das zu sogenannten Unplanheiten, die durch die Verformung und die dadurch gebildeten unterschiedlichen örtlichen Längsspannungsverteilungen im Band verursacht werden, die zum Ausbeulen, Verwer­ fen, Bandriss und andere Qualitäts- und Produktions­ einschränkungen führen. Im Kaltwalzteil ist daher eine Planheitsregelung erwünscht und notwendig.

Um im Warmwalzwerk eine Beeinflussung des Profiles zu ermöglichen und im Kaltwalzwerk den Walzspalt an das bereits "eingewalzte" Bandprofil möglichst formgenau anzunähern, sind Massnahmen zur mechanischen Korrektur des Walzspaltes während des Betriebes erforderlich. Bekannt ist die sogenannte Arbeitswalzenbiegung, die jedoch nur sehr begrenzte Korrekturmöglichkeiten je nach Arbeitswalzendicke und Bandbreite aufweist. Ferner sind sogenannte Bombage-Ausgleichswalzen bekannt, die z.B. als Stützwalzen eingesetzt werden und die in be­ grenztem Umfang durch Oeldruck "aufgeblasen" werden. Dadurch entsteht eine Veränderung des Walzendurchmes­ sers von der Mitte zum Rand hin, diese Form wird als "Bombage" bezeichnet. Auch diese Walzen können das Problem nicht befriedigend lösen, auch dann nicht, wenn man die Arbeitswalzenbiegung mit den Walzen mit variab­ ler Bombage kombiniert. Der Stellbereich dieser Stell­ glieder erweist sich in der Praxis als unzureichend, insbesondere kann eine Welligkeit höherer Ordnung damit nicht beseitigt werden.

Es ist dem Fachmann auch geläufig, Arbeitswalzen für ein bestimmtes Walzprogramm, d.h. Walzkraft und Walzgutbreite, mit einem Schliff zu versehen, der von der zylindrischen Form abweicht, so dass während des Walzprozesses eine in etwa vorausbestimmbare Form des Walzspaltes entsteht. Variiert jedoch die Walzkraft, die Bandbreite oder tritt Verschleiss an den Walzen auf, entspricht das Profil des Walzspaltes wiederum nicht den gestellten Anforderungen, so dass sich keine Planheit des gewalzten Metallbandes erreichen lässt.

Eine weitere Verbesserung zur Beeinflussung der Walzspaltgeometrie wurde in jüngster Zeit damit erzielt, dass die Arbeitswalzen, wie bereits erwähnt, solchermassen mit einem S-förmigen Schliff versehen wurden, dass sich bei axialer Verschiebung der Arbeits­ walzen gegeneinander eine kontinuierliche Veränderung der Walzspaltgeometrie ergab. Die Korrekturmöglichkeit wurde damit verbessert, jedoch zeigt sich im Betrieb, dass die axiale Verschiebbarkeit während des Walzpro­ zesses wegen der auftretenden Querkräfte und grossen zu bewegenden Massen nur sehr langsam durchgeführt werden kann, mit anderen Worten, eine rasch wirkende Korrektur ausgeschlossen ist. Wenn man bedenkt, dass Metallbänder bei Geschwindigkeiten bis zu 2500 m/min gewalzt werden, ist ersichtlich, dass die Stellglieder eine entspre­ chend hohe Regelgeschwindigkeit aufweisen sollten.

Aus US 38 85 283 oder US 38 02 044 sind Walzen bekannt, die so gestaltet sind, dass über der Arbeitsbreite selektiv die Walzkraftverteilung zur Planheits- und Profilregelung verändert werden kann. Diese Walzen stellen ein äusserst schnelles Stellglied im Walzpro­ zess dar. In der Regel werden diese Walzen zum Abstüt­ zen der Arbeitswalzen eingesetzt, d.h. sie wirken indirekt auf den Walzspalt ein. Der Einstellbereich solcher Walzen ist jedoch häufig zu klein, um sowohl das Bandpofil pauschal einzustellen, als auch schmale geometrische Fehler am Walzgut, die z.B. durch Arbeitswalzen-Verschleiss entstehen, durch Veränderung des Walzspaltes auszugleichen.

Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die vorstehend angeführten Nachteile des Standes der Technik zu ver­ meiden und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zum Steuern des Dicken-Profils und der Planheit von Metallbändern beim Walzen in einer mehrgerüstigen Walzstrasse zu schaffen, welche eine genauere Einhal­ tung eines gewünschten Dickenprofiles über die Band­ breite bei hinreichender Planheit auch bei höheren Walzgeschwindigkeiten ermöglicht.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass wenigstens in einem der vorange­ henden Walzgerüste der Verlauf des Walzspaltes über die Bandbreite pauschal gesteuert wird, und dass im lezten Walzgerüst der Verlauf des Walzspaltes an einer Mehr­ zahl von Stellen über die Bandbreite individuell ge­ steuert wird.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekenn­ zeichnet, dass wenigstens in einem der vorangehenden Walzgerüste wenigstens eine Walze als in ihrer Wölbung und/oder Position pauschal veränderbare Walze ausgebil­ det ist, und dass im letzten Walzgerüst wenigstens eine Walze eine Durchbiegungseinstellwalze mit über die Breite individuell steuerbarer Durchbiegung ist.

Dabei ist es vorteilhaft, eine Durchbiegungseinstell­ walze zu verwenden, die mit einem um einen feststehen­ den Träger rotierbaren Walzenmantel versehen ist, des­ sen Durchbiegung mittels einer Vielzahl von über die Breite dicht nebeneinander angeordneter, gegenüber dem Träger abgestützter und individuell steuerbarer hydraulischer Stützelemente in weitgehend beliebiger Form veränderbar ist. Um die Welligkeit höherer Ordnung ausgleichen zu können, sollten mindestens fünf Stütz­ elemente vorgesehen sein.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, in mehrgerü­ stigen Tandemstrassen zum Walzen von Bändern die Walzspaltgeometrie so schnell den Erfordernissen anzupassen, dass das gesamte Walzgut eines Bundes von Anfang bis Ende das gewünschte Sollprofil aufweist und die Längspannungsverteilung, d.h. die Planheit einem vorgewählten Sollwert entspricht. Dies wird dadurch erreicht, dass in die einzelnen Gerüste unterschiedli­ che Stellglieder eingebaut werden, vorzugsweise so, dass in den vorgelagerten Warmwalzgerüsten die grobe Einstellung des Walzprofiles, beispielsweise mit auf­ blasbaren Stützwalzen, Arbeitswalzenbiegung und axial verschiebbaren profilierten Arbeitswalzen vorgenommen wird, und dass im letzten Gerüst die Walzspaltbeein­ flussung mit einer Walze mit selektiver Kraftsteuerung über die Arbeitsbreite erfolgt, so dass mit diesem schnellen Stellglied im letzten Walzgerüst die Fehler ausgeglichen werden, die mit den vorgelagerten trägen Stellgliedern nicht völlig beseitigt werden konnten.

Die Erfindung wird anhand der in der Figur als Beispiel dargestellten sechsgerüstigen Tandemwalzstrasse näher erläutert.

Die in der Figur in schematischer Form dargestellte Walzstrasse besteht aus sechs hintereinandergeschalte­ ten Walzgerüsten 1-6, durch welche das zunächst heis­ se Metallband 7 nacheinander hindurchgeführt wird. Die Gerüste 1-4 dienen dabei zum Warmwalzen, und die fol­ genden Gerüste 5 und 6 zum Kaltwalzen der Metallbahn.

Im ersten Gerüst 1 sind zwei Stützwalzen 12 vorgesehen, welche beide oder je eine als Vollwalzen, als aufblas­ bare Hohlwalzen oder als andere Walzen mit steuerbarer wirksamer Bombierung oder Durchbiegung ausgebildet sein können, sowie zwei angetriebene Arbeitswalzen 13, welche als profilierte Walzen ausgebildet und axial gegeneinander verschiebbar sind.

Eine der Walzen 12 kann auch als Durchbiegungseinstell­ walze ausgebildet sein, während die Gegenwalze 12′ eine Walze mit steuerbarer Wölbung oder Bombierung sein kann.

Die Gerüste 2 und 3 sind mit konventionellen nicht­ steuerbaren Walzen ausgerüstet, wobei die Arbeitswalzen antreibbar sind.

Im Gerüst 4 sind äussere Stützwalzen 12 vorgesehen, welche als Vollwalzen als aufblasbare Hohlwalzen, oder als Durchbiegungseinstellwalzen ausgebildet sein kön­ nen. Weiterhin sind massive angetriebene Zwischenwalzen 14 vorgesehen, sowie nicht angetriebene profilierte Arbeitswalzen 15, die axial gegeneinander verschiebbar sind.

Im Gerüst 5 sind konventionelle Stützwalzen und Ar­ beitswalzen vorgesehen, sowie konventionelle angetrie­ bene Zwischenwalzen.

Im letzten Gerüst 6 schliesslich sind angetriebene kon­ ventionelle Arbeitswalzen vorgesehen, welche von wenig­ stens einer Stützwalze 16 mit individuell über die Breite steuerbarer Durchbiegung abgestützt sind. Diese Walzen können beispielsweise einen um einen feststehen­ den Träger 17 rotierbaren Walzenmantel 18 aufweisen, welcher mit einer Reihe von dicht nebeneinander ange­ ordneten hydraulischen Stützelementen 19 in seiner Form und Durchbiegung weitgehend beliebig veränderbar ist, wie beispielsweise in US 38 85 283, US 39 21 514, oder US 38 02 044 beschrieben. Es versteht sich, dass statt­ dessen auch andere bekannte Durchbiegungseinstellwalzen verwendet werden können, deren Durchbiegung über die Breite individuell steuerbar ist und welche hinreichend schnell und mit geringer Zeitverzögerung auf ein Steu­ ersignal ansprechen.

Die entgegengesetzte Walze 16′ kann ebenfalls eine Durchbiegungseinstellwalze sein oder eine pauschal steuerbare Walze mit variabler wirksamer Bombierung. Geeignet sind beispielsweise Walzen mit verbiegbarer Achse (roll bending), mit steuerbarer Achsenkreuzung (axis crossing), oder aber mit S-Profil und axialer Verschiebbarkeit, mit besonderem Vorteil jedoch Walzen mit direkt steuerbarer Wölbung (variable crown), z.B. aufblasbare Walzen, in denen keine grossen Massen zu bewegen sind und die daher ebenfalls schnelle Stell­ glieder darstellen, oder Walzen mit durch differentiel­ le Erwärmung des Walzenkernes steuerbarer Dickenände­ rung.

Im Prinzip kann die Steuerung durch Beobachtung oder Messung der Dicke und Planheit über die Bandbreite nach den verschiedenen steuerbaren Walzen und manueller An­ steuerung der vorangehenden Gerüste erfolgen. Besonders zweckmässig ist es, die Ansteuerung der einzelnen Walz­ gerüste in geschlossenen Regelkreisen vorzunehmen. Dazu sind nach den einzelnen steuerbaren Walzgerüsten 1, 4 und 6 an der durchlaufenden Bahn Sensoren 8, 9, bzw. 10 vorgesehen, welche die erforderlichen Bahneigenschaf­ ten, beispielsweise in den ersten Stufen 1 und 4 das Dickenprofil und in den folgenden Kaltwalzstufen 6 die Planheit bzw. Längsspannungsverteilung über die Band­ breite nach dem Durchgang durch das entsprechende Walz­ gerüst messen und die Messwerte einer Regeleinrichtung 11 zuführen, welche den entsprechenden Gerüsten 1, 4 bzw. 6 entsprechende Korrektursignale als Stellsignale zuleitet. Auf diese Weise lässt sich in optimaler Weise ein vorgegebenes Sollprofil bei optimaler Planheit nach dem Durchgang durch sämtliche Walzgerüste herstellen und während des gesamten Fabrikationsprozesses einhal­ ten.

Es versteht sich, dass Abwandlungen des vorstehend be­ schriebenen Ausführungsbeispieles möglich sind, ohne den Bereich des Erfindungsgedankens zu verlassen, bei­ spielsweise indem eine abweichende Anzahl von Walzge­ rüsten verwendet wird oder die einzelnen vorgeschalte­ ten Walzgerüste mit anderen steuerbaren Walzen in un­ terschiedlicher Anordnung ausgerüstet werden, solange das letzte kalte Walzgerüst mit wenigstens einer beson­ ders schnell und über die Breite individuell steuerba­ ren Durchbiegungseinstellwalze versehen ist. Dabei lässt sich ein vergrösserter Korrektur- und Einstellbe­ reich für die Planheit bei Aufrechterhaltung der schnellen Regelung erreichen, wenn die entgegengesetzte Walze des letzten Gerüstes als Walze mit schnell steu­ erbarer Bombierung oder Wölbung ausgeführt wird, bei­ spielsweise als eine durch ein Druckmittel aufblasbare Hohlwalze.

Claims (10)

1. Verfahren zum Steuern des Dicken-Profils und der Planheit von Metallbändern beim Walzen in einer mehrgerüstigen Walzstrasse, wobei die Form und/oder Position wenigstens einer Walze wenigstens eines Walzgerüstes derart gesteuert wird, dass dadurch der Verlauf des Walzspaltes über die Bandbreite geändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenig­ stens in einem der vorangehenden Warmwalzgerüste (1, 4) der Verlauf des Walzspaltes über die Band­ breite pauschal gesteuert wird, und dass im letzten Kaltwalzgerüst (6) der Verlauf des Walzspaltes an einer Mehrzahl von Stellen über die Bandbreite in­ dividuell gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem der vorangehenden Warm­ walzgerüste (1, 4) mindestens eine Arbeitswalze (13, 15) verbogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem der vorangehenden Warm­ walzgerüste (1, 4) wenigstens eine profilierte Ar­ beitswalze (13) in Achsenrichtung verschoben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem der voran­ gehenden Warmwalzgerüste (1, 4) die Bombierung we­ nigstens einer Stützwalze (12) verändert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Bahneigen­ schaft über die Bandbreite nach dem Durchgang durch ein Walzgerüst (1, 4, 6) gemessen wird, die Mess- Signale einer Regeleinrichtung (11) zugeführt wer­ den und die Regeleinrichtung (11) die Form und/oder Position wenigstens einer Walze (12, 13, 15, 16) eines der Walzgerüste (1, 4, 6) mittels entspre­ chender Steuersignale ändert.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-5, wobei wenigstens eine Walze wenigstens eines Walzgerüstes als Walze mit steuerbarer Form und/oder Position ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens in einem der vorangehenden Warmwalzgerüste (1, 4) wenigstens eine Walze (12, 13, 15) als in ihrer Form und/oder Position pauschal veränderbare Walze ausgebildet ist, und dass im letzten Kaltwalzgerüst (6) wenig­ stens eine Walze eine Durchbiegungseinstellwalze (16) mit über die Breite individuell steuerbarer Durchbiegung ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, dass die der Durchbiegungswalze (16) entgegen­ gesetzte Walze (16′) als Walze mit steuerbarer wirksamer Bombierung, insbesondere als aufblasbare Walze ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, dass die Durchbiegungseinstellwalze (16) einen um einen feststehenden Träger (17) rotierbaren Walzenmantel (18) aufweist, welcher gegen den Trä­ ger mittels einer über die Breite dicht nebeneinan­ der angeordneter und individuell ansteuerbarer Stützelemente (19) abgestützt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Stützwal­ zen (12) eines der vorangehenden Warmwalzgerüste (1, 4) als aufblasbare Walze ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitswalzen (13, 15) wenigstens eines der Walzgerüste (1, 4) profiliert ausgebildet und in Axialrichtung verschiebbar sind.