DE4102248A1

DE4102248A1 - Steuersystem zur erzielung zugfreien walzens fuer kontinuierlich arbeitende walzanlagen

Info

Publication number: DE4102248A1
Application number: DE19914102248
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr Ing Schulze
Original assignee: Technische Universitaet Chemnitz
Current assignee: Schulze Bernd Dr O-9154 Niederdorf De
Priority date: 1991-01-23
Filing date: 1991-01-23
Publication date: 1992-07-30

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem zur Erzielung zug freien Walzens für kontinuierlich arbeitende Walzanlagen, die mindestens zwei Gerüste aufweisen, und findet vorteilhaft bei der Herstellung von draht-, stab-, rohr- und blechförmigen Walzgut unter Kalt- und Warmwalzbedingungen unter Verwendung von Flach- bzw. Kaliberwalzen Anwendung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Das Walzgut als Bindeglied zwischen zwei kontinuierlich im Eingriff befindlichen Umformeinrichtungen überträgt Spannungen, die sich sowohl auf die Umformzone des vorhergehenden (Rück staugebiet) als auch auf die des nachfolgenden Walzgerüstes (Voreilgebiet) auswirken. Dabei können Druck- und Zugkräfte auftreten. Um kontinuierlich ablaufende Walzprozesse mit höheren Walzgeschwindigkeiten sicher durchführen zu können, sind Druckkräfte zwischen den Gerüsten auszuschließen (Schlingen bildung). Demgegenüber verursachen Zugkräfte(-spannungen) zu sätzliche Formänderungen des Walzgutes, die bis zum Entstehen von verdickten Enden des Walzgutes führen können. (Gegenwärtig treten beim kontinuierlichen Walzen unter Minimalzugverhält nissen die günstigsten Bedingungen für den störungsfreien Walz ablauf auf.) Die Einstellung von Minimalzugverhältnissen erfolgt über die definierte Beeinflussung des Streckungsverhaltens des Walzgutes in den Umformzonen jedes einzelnen im Eingriff be findlichen Walzgerüstes. Dabei ist es möglich, z. B. über die Verstellung der Walzenumfangsgeschwindigkeit und/oder der Anstellhöhen der einzelnen Walzgerüste die Formänderungen der einzelnen Gerüste zu steuern. Es besteht jedoch keine unmittel bare Überprüfungsmöglichkeit, um den Stellvorgang quantitativ einschätzen zu können. Die Abstimmung der Streckgrade der nacheinander das Walzgut umformenden Walzeinheiten (Walz gerüste) erfolgt über Rechenmodelle, die die einzelnen Streck grade entsprechend den realisierbaren Formänderungsanteilen für jedes Gerüst ermitteln. Da die mittels Rechenmodellen vorgegebenen Werte mit Fehlern behaftet sind, werden über die Gesamtstichfolge die berechneten Einzelstreckgrade um einen bestimmten Betrag fortlaufend multiplikativ erweitert. Damit sind jedoch noch keine gleichmäßigen Minimalzugverhältnisse zwischen mehreren aufeinanderfolgenden Walzeinheiten (Gerüsten) garantiert (1).

Zumeist wird über indirekte Methoden, wie Messung und Beein flussung der Motorstromverläufe der Walzenantriebsmotoren (2), versucht, das Maß für auftretende Zugkräfte im Zwischengerüst abstand zu definieren. Alle bisher bekannten Lösungen besitzen nachfolgend aufgezählte Mängel:

- ungenaue Meßmethoden, da keine unmittelbare Messung der Zugkräfte bzw. deren Auswirkungen auf den Umformprozeß durchgeführt werden;
- keine signifikante Vorgabe der mittels Rechenmodellen er mittelten Sollwerte zur Steuerung des Walzprozesses, auf grund der Komplexität der Einflußgrößen auf den Umformprozeß;
- keine fortlaufende Überprüfung der Walzbedingungen im Zwischengerüstabstand möglich, da zugkraftbedingte Verände rungen der eingesetzten Meßgrößen verzögert auf Zugkraftver änderungen ansprechen und gleichzeitig deren Empfindlichkeit sehr gering ist;
- keine sofortige Nutzung der Meßergebnisse zur Steuerung des Umformprozesses, da nur ein mittelbarer Zusammenhang zwischen Ursache und Wirkung im Hinblick auf das Formänderungsverhalten des Werkstoffes im Zwischengerüstabstand besteht.

DE OS 16 02 078 beschreibt ein Steuerungssystem für Walzwerke, bei welchen die Einlaufgeschwindigkeit sowie Auslaufgeschwin digkeit und gewünschte Ausgangsdicke als Signale ausgewertet werden. In DE OS 21 29 629 wird die Ist-Geschwindigkeit des Walzgutes auf der Ein- oder Austrittsseite des Walzwerkes mit der berechneten Soll-Geschwindigkeit verglichen.

Diese beiden Lösungen betrachten einen reversierenden Walz vorgang und orientieren sich auf das Umformverhalten an nur einem Gerüst. Nachteilig für den kontinuierlichen Walzvorgang ist, daß die zur Steuerung verwendeten Signale keine Bindung zum nachfolgenden bzw. vorgelagerten Gerüst aufweisen. Geschwindigkeitsunterschiede des Walzgutes zwischen zwei Gerüsten sind somit nicht feststellbar. Damit ist kein ziel gerichteter Einfluß auf das Formänderungsverhalten des Walz gutes im Zwischengerüstabstand möglich.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, ein Steuersystem zur Erzielung zugfreien Walzens zu entwickeln, mit dem eine gleichmäßige Umformung des Walzgutes innerhalb der kontinuierlich im Ein griff befindlichen Gerüste und damit eine Verbesserung der Walzgutqualität gewährleistet wird.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuersystem zur Erzielung zugfreien Walzens für kontinuierlich arbeitende Walz anlagen zu schaffen, welches Steuergrößen bereitstellt und aus wertet, die eine fortlaufende, unmittelbare, präzise und damit kontrollierbaee Beeinflussung der Formänderungen im Zwischen gerüstbereich ermöglicht und diesbezüglich erstmalig Voraus setzungen schafft, die Walzverhältnisse innerhalb des zu be trachtenden Umformbereiches definiert einstellen zu können. Die Aufgabe wird an Walzanlagen, die mindestens zwei Gerüste aufweisen, unter Anwendung der Geschwindigkeitsmessung des Walzgutes dadurch gelöst, daß nach dem ersten Gerüst die Walz gutgeschwindigkeit v₁ an einem ersten Meßpunkt und vor dem zweiten Gerüst die Walzgutgeschwindigkeit v₂ an einem zweiten Meßpunkt ermittelt und miteinander verglichen werden. Das Maß der Formänderung des Walzgutes zwischen beiden Gerüsten wird unter Verwendung der Beziehung der Volumenkonstanz nach der Formel

bestimmt.

Bei Abweichungen des Wertes ϕ = 0 und damit auftretenden einachsigen Formänderungen im Zwischengerüstabstand werden entsprechende Steuerbefehle ausgelöst, die die Geschwindigkeit der Walzgerüste derart beeinflussen, daß diese Formänderungen durch Angleichen der Geschwindigkeiten v₁ und v₂ und somit dem Wiedererzielen des Wertes ϕ = 0 vermieden werden. Die Geschwindigkeiten v₁ und v₂ werden dabei jeweils zum gleichen Zeitpunkt erfaßt und vorteilhafterweise fortläufend und während des Walzprozesses innerhalb festgelegter, auswertbarer Zeit intervalle gemessen. Die beiden Meßpunkte weisen einen defi nierten Abstand auf.

Mit dem erfindungsgemäßen Steuersystem, welches Geschwindig keitsunterschiede des Walzgutes zwischen zwei Gerüsten erfaßt und diese als Steuergrößen zugrunde legt, können die Formände rungsverhältnisse zwischen den Gerüsten gezielt beeinflußt werden. Dadurch wird eine gleichmäßige Umformung des Walzgutes gewährleistet und die Walzgutqualität erhöht.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung näher erläutert werden.

In der Figur ist der kontinuierliche Walzvorgang bei Verwendung von zwei Gerüsten 1, 2 dargestellt. Zwischen den Gerüsten 1, 2, die im Zwischengerüstabstand l voreinander angeordnet sind, befinden sich im definierten Abstand l₁ die Meßpunkto MP₁ und MP₂, wobei am Meßpunkt MP₁ die Walzgutgeschwindigkeit v₁ nach dem Gerüst 1 und an dem Meßpunkt MP₂ die Walzgutgeschwindigkeit v₂ vor dem Gerüst 2 erfaßt werden. Für die Ermittlung der Walzgutgeschwindigkeiten v₁ und v₂ sollten vorteilhafterweise Geschwindigkeitsmeßgeräte, die nach dem Prinzip der Laser- Doppler-Anometrie unter Verwendung von Laserdioden arbeiten, eingesetzt werden. Damit sind Voraussetzungen geschaffen, die eine Meßdatenerfassung auch unter extremen Werkstattbedingungen und die Erfassung kleinster Geschwindigkeitsänderungen ermög lichen.

Die beiden Meßeinrichtungen sind an zwei unterschiedlichen Standorten innerhalb des Zwischengerüstabstandes anzuordnen, so daß signifikante Geschwindigkeitsunterschiede des Walz gutes 3 feststellbar sind. Sobald das Walzgut 3 beide Meß stellen MP₁ und MP₂ passiert hat, werden von beiden Meßstellen zeitgleich Messungen durchgeführt. Die Taktfolge der Messung (Meßfrequenz) ist so auszuwählen, daß auswertbare Meßergeb nisse vorliegen. Sie sollte vorteilhafterweise im Millisekunden bereich liegen. Die beiden Einzelmeßwerte werden nach der Gleichung

ausgewertet. ϕ dient damit als Maß für die Beurteilung des Formänderungsgrades im Zwischengerüstabstand.

Ist beispielsweise v₂ <v₁, wird in einem oder mehreren Steuer schritten manuell oder automatisch z. B. die Umfangsgeschwin digkeit v_u1 des Gerüstes 1 so erhöht, daß die Walzgutgeschwin digkeit v₁ und die Walzgutgeschwindigkeit v₂ wieder gleich und der Formänderungsgrad ϕ wieder Null ist.

Die Meßpunkte MP₁ und MP₂ sollten möglichst nahe an die Gerüste 1 bzw. 2 angeordnet werden, da bei einem großen Abstand l₁ zwischen den Meßpunkten die Meßgenauigkeit erhöht wird.

[1] Brandl, H.:
Die rechnergestützte Hochleistungsdrahtstraße im Hüttenwerk Donauwitz der Voest-Alpin AG, SE 101 (1981), S. 159-167.
[2] Schauer, W.:
Digitale Zugregelung mit Mikrorechnern, NH (1982), S. 361-363.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 Gerüst
2 Gerüst
3 Walzgut
MP₁ Meßpunkt nach dem Gerüst 1
MP₂ Meßpunkt vor dem Gerüst 2
l Zwischengerüstabstand
l₁ Abstand der Meßpunkte
v₁ Walzgutgeschwindigkeit MP₁
v₂ Walzgutgeschwindigkeit MP₂
v_u1 Umfangsgeschwindigkeit der Arbeitswalzen des Gerüstes 1
v_u2 Umfangsgeschwindigkeit der Arbeitswalzen des Gerüstes 2

Claims

1. Steuersystem zur Erzielung zugfreien Walzens für konti nuierlich arbeitende Walzanlagen, die mindestens zwei Gerüste aufweisen, unter Anwendung der Geschwindigkeits messung des Walzgutes v, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzgutgeschwindigkeit (v₁) an einen Meßpunkt (MP₁) nach dem Gerüst (1) und die Walzgutgeschwindigkeit (v₂) an einem Meßpunkt (MP₂) vor dem Gerüst (2) erfaßt und mit einander verglichen werden, wobei das Maß der Formänderungen des Walzgutes zwischen den Gerüsten (1, 2) unter der Ver wendung der Beziehung der Volumenkonstanz nach der Formel bestimmt wird und bei Abweichungen des Wertes ϕ = 0, und damit auftretenden einachsigen Formänderungen im Zwischen gerüstabstand (l), entsprechende Steuerbefehle ausgelöst werden, die die Geschwindigkeit des Walzgutes derart beein flussen, daß diese Formänderungen durch Angleichen der Ge schwindigkeiten (v₁, v₂) und somit dem Wiedererzielen des Wertes ϕ = 0 vermieden werden.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeiten (v₁, v₂) zum gleichen Zeitpunkt er faßt werden.

3. Steuersystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeiten (v₁, v₂) fortlaufend und während des Walzprozesses innerhalb festgelegter, auswertbarer Zeitintervalle gemessen werden.

4. Steuersystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (l₁) der Meßpunkte (MP₁, MP₂) definiert ist.