DE4136013C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Walzwerks - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Walzwerks

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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Walzwerks zum Auswalzen von Metallblech o. dgl., insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern oder Regeln von Betriebsgrößen, die Stell­ trieben zugespeist werden, welche jeweils an Arbeits- und Antriebsseiten des Walzwerks angeordnet sind, um den Walzbandplanheitsgrad oder die Walzbandbal­ ligkeit bzw. -wölbung des ausgewalzten Blech-Bands einzu­ stellen.
In den letzten Jahren ergaben sich verschiedene Marktan­ forderungen für warm- und kaltgewalzte Bleche und ober­ flächenbehandelte Stahlbleche nicht nur bezüglich Massen­ fertigung, sondern auch bezüglich Güteverbesserung und Verkürzung von Lieferfristen. Um diesen Anforderungen zu genügen, sind bereits verschiedene Verfahren zur Steue­ rung von Walzwerken vorgeschlagen worden.
Ein neueres derartiges Verfahren ist im Aufsatz von Iwadoh Shuichi et al., "The Construction Operation of the NK-PPCM = Pickling and Cold Rolling Coupled Con­ tinuous Mill", Nihon Kokan Giho Nr. 122, 1988, S. 136-144, beschrieben. Dieses Verfahren ist mit der Steuerung oder Einstellung des Flachheitsgrads von gewalzten Blechen verbunden. Insbesondere wird dabei eine erfaßte oder gemessene Form eines gewalzten Blechs durch eine in Richtung der Blech- bzw. Bandbreite standardi­ sierte Funktion f (x) dargestellt und durch eine ortho­ normale Funktion Φi(x) eines Maximums der sechsten Ordnung nach folgender Gleichung angenähert:
Darin bedeuten: x = Position in Richtung der Bandbreite, der Beziehung -1 x 1 genügend, und
und ε(x) = Termina einer Ordnung gleich groß oder größer als die sechste Ordnung.
Wenn eine Formänderung durch eine Betriebsgröße ΔJj einer Planheitsregelvorrichtung j als Δ Fj(x) definiert wird, bestimmt sich eine vorausgesagte oder vorherbestimmte Form oder Planheit, die durch Operation von n Vorrichtungen mit einer vorbestimmten Größe erzielt wird, durch folgende Gleichung (2):
Eine Auswertungsfunktion der Planheitsregelung ist für den Fall, daß eine Soll- oder Zielplanheit durch f(x) dargestellt ist, durch folgende Gleichung (3) gegeben:
Eine Mindestgröße der Auswertungsfunktion wird durch ΔJj gemäß nachstehender Gleichung (4) erhalten:
Φ / ΔJj = 0 (j = 1 bis n) (4)
Durch Vorgabe von (∂F/∂J)j werden in diesem Fall gleich­ zeitig (Simultan-)Gleichungen (4) aufgelöst, womit ein Steuer- oder Regelausgang jeder Planheitsregelvorrichtung gewonnen wird.
Eine Grobregelung erfolgt mittels des obigen Ausgangsbe­ stimmungsschemas, und Restgrößen, d. h. Werte der sechsten oder höheren Ordnung in Gleichung (1), werden durch Feinregelung korrigiert.
Wie oben erwähnt, erfolgt herkömmlicherweise die Plan­ heitsregelung (flatness control) eines ausgewalzten Bands im Bereich von -1×1, d. h. über die Gesamtbreite. Dies bedeutet, daß die herkömmliche Planheitsregelung kollektiv Operationen über die Gesamtbreite des Bands durchführt.
Bei einem tatsächlich in einem Walzwerk ausgewalzten Band bzw. Walzband ist dessen Planheit oder Balligkeit (Wöl­ bung) eines sich vom Zentrum zur Arbeitsseite (WS) des Bands erstreckenden Abschnitts nicht notwendigerweise symmetrisch zu derjenigen vom Zentrum zu einer Antriebs­ seite (DS) des Bands, wodurch die Präzision der Plan­ heits- und Balligkeitsregelung beeinträchtigt wird. Dieser Nachteil tritt typischerweise bei besonders breiten Walzbändern auf.
In den letzten Jahren hat sich ein besonders großer Bedarf nach einer Verbesserung der Güte von breiten Walzbändern (d. h. solchen einer Breite von etwa 1000-2000 mm) ergeben.
Da beim bisherigen Verfahren zum Steuern oder Regeln des Walzwerks die Regelung kollektiv über die Gesamtbreite des Bands erfolgt, kann Planheit oder Balligkeit der Walzbahn nicht mit hoher Genauigkeit geregelt werden.
Aus der DD-PS 2 02 814 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Walzständers eines Ein- oder Mehrgerüst- Walzwerkes bekannt, bei dem in einem ersten Schritt Planheitswerte in n-Abschnitten über der Bandmaterialbreite eines mittels Reduktionswalzen des Walzwerks ausgewalzten Walzbands ausgehend von einer Kante gemessen werden und sodann Betriebsgrößen für jede Position "n" in Querrichtung nach Maßgabe der Planheitswerte und anhand von vorgegebenen Einflußfunktionen berechnet werden, die jeweils die Änderung des Querschnittsprofilverlaufes repräsentieren, der durch Veränderungsschritte an den antriebs- und arbeitsseitigen Abstütz- und Anstellspindeleinrichtungen hervorgerufen wird und die anhand von Größen wie Bandmaterialbreite, Walzenlänge, Kraftänderungen in den Abstützeinrichtungen der Walzen, Kraftänderungen in den Anstellspindeleinrichtungen und den Abstand von der Bandmaterialkante in Querrichtung mathematisch oder empirisch ermittelt wurden. Die Antriebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalzen werden basierend auf den berechneten Betriebsgrößen unabhängig voneinander eingestellt, wobei die Stellgrößen aber als Vektor gemeinsam für jede Position "n" in Querrichtung berechnet werden. Eine Restkorrektur kann bei diesem Verfahren durch Kühlmittelaufsprühung über der Walzbandbreite nach Maßgabe einer Einflußfunktion der Aufsprühdüsen erfolgen.
Ein weiteres Planheitsregelungsverfahren in Kaltwalzwerken ist in der DE 33 31 335 A1 beschrieben, bei dem die Zugspannungsverteilung über der Breite des zu walzenden Bandes gemessen und mit einer vorgegebenen Sollverteilung verglichen wird, wonach aus der Abweichung ein Koeffizient jeweils für den Bandkanten- und den Bandmittenbereich gebildet wird, die zur Regelung der Arbeitswalzenbiegung herangezogen werden.
Schließlich ist in der EP 0 063 605 A1 noch ein Verfahren zum Steuern einer Walzbandform beschrieben, bei dem eine gemessene Form eines Walzbandes durch eine Reihe orthonormaler Funktionen höherer Ordnung angenähert wird und die Koeffizienten der Funktionen zur Steuerung der Stellgrößen der Stellglieder verwendet werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens sowie einer Vorrichtung zum Steuern eines Walzwerks, wobei die Planheit oder Balligkeit eines Walzbands mit hoher Genauigkeit auf eine gewünschte Größe eingestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Steuern eines Walzwerks gemäß den Patentansprüchen 1 oder 10 bzw. durch eine Vorrichtung zum Steuern eines Walzwerks nach diesem Verfahren gemäß den Patentansprüchen 7 oder 11. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern eines Walzwerks, bei dem ein durch eine Reduktionswalze des Walzwerks ausgewalztes Walzband in Richtung seiner Breite in mehrere Bereiche unterteilt wird, die Planheit des Walzbands in der Anzahl von Bereichen gemessen wird und Betriebsgrößen, wie Biegekraft, Anstell- bzw. Richtkraft und eine Verschiebe­ kraft, die durch jeweils an Antriebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalze angeordnete Stelltriebe an Antriebs­ und Arbeitsseiten derselben auf die Reduktionswalze ausgeübt oder zur Einwirkung gebracht werden, entspre­ chend jedem Planheitsmeßwert und Einflußkoeffizienten der Stelltriebe berechnet werden, wobei die Einflußkoeffizi­ enten Grade der Einflüsse auf die Planheit des Bands aufgrund der von den Stelltrieben auf die Reduktionswalze ausgeübten Betriebsgrößen repräsentieren. Die Stelltriebe für Antriebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalze werden jeweils unabhängig nach Maßgabe der Betriebsgrößen betrieben. Durch Steuerung des Walzwerks auf diese Weise können Planheit und Balligkeit des Walzbands mit hoher Genauigkeit auf eine gewünschte oder Soll-Größe einge­ stellt werden.
Zur Lösung der obigen Aufgabe wird ein durch eine Reduk­ tionswalze des Walzwerks hergestelltes Walzband in Richtung seiner Breite in eine Anzahl von Bereichen unterteilt, und die Dicke des Walzbands wird in den mehreren Bereichen gemessen, um eine Balligkeit des Walzbands zu ermitteln. Die durch die Stelltriebe von den Antriebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalze her ausgeübten Betriebsgrößen werden nach Maßgabe von die Planheit und Balligkeit des Walzband beeinflussenden Einflußkoeffizienten der Stelltriebe und von Balligkeit- Meßwerten ermittelt. Die Stelltriebe für die Antriebs­ und Arbeitsseiten der Reduktionswalze werden unabhängig entsprechend den berechneten Betriebsgrößen angesteuert. Demzufolge können mittels der genannten Operationen Planheit und Bal­ ligkeit des Walzbands auf eine gewünschte Größe eingestellt werden.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung einer Vorrichtung zum Steuern (oder Regeln) eines Walzwerks gemäß einer Ausführungsform der Erfin­ dung,
Fig. 2 eine schematische (perspektivische) Darstellung der Ausbildung eines Band-Planheitsmessers, der bei der Vorrichtung nach Fig. 1 angeordnet ist,
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Prinzips der Messung mittels des Planheitsmessers,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Anordnung eines Stelltriebteils, der in der Vorrichtung nach Fig. 1 betrieben wird,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Kühlmitteleinheit als einer der Stelltriebe bei der Vorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 6 eine schematische Darstellung der Beziehung zwischen einer mittels der Vorrichtung nach Fig. 1 gesteuerten Reduktionswalze und den Betriebsgrößen und
Fig. 7 ein Ablaufdiagramm der Berechnung von Stelltrieb-Betriebsgrößen bei der Vorrichtung nach Fig. 1.
Das in Fig. 1 dargestellte Walzwerk 1 als (Re­ gel-)Zielobjekt ist ein Sechswalzen-Walzwerk mit Redukti­ onswalzen in Form zweiter Arbeitswalzen (WR) 2a und 2b, zweier Zwischenwalzen (IMR) 3a und 3b und zweier Stütz­ walzen 4a und 4b.
Die Steuer- oder Regelvorrichtung gemäß dieser Ausfüh­ rungsform umfaßt eine Walzband-Planheitsmeßvorrichtung 6 zum Unterteilen eines im Walzwerk 1 ausgewalzten Walz­ bands 5 in n Bereiche in Richtung seiner Breite und zum Messen von Planheitswerten oder -größen in den n Berei­ chen, eine Planheitseinstelleinheit 7 zum Einstellen einer Planheitsreferenz für das Walzband, eine Addierstu­ fe 8 zum Berechnen einer Differenz zwischen dem Plan­ heitsmeßwert und der -referenz, eine Planheitsregelein­ heit 9 sowie Stelltriebe (Betätigungseinheiten) 10.
Gemäß Fig. 2 umfaßt die Planheitsmeßvorrichtung 6 n Drucksensoren 6-1 bis 6-n, die z. B. in Richtung der Breite des Walzbands 5 verteilt sind und jeweils unabhän­ gig Drücke in den n Bereichen des Walzbands 5 messen. Gemäß Fig. 2 sind die n Drucksensoren 6-1 bis 6-n so kombiniert, daß sie den gleichen Walzendurchmesser aufweisen. Jeder Drucksensor 6-1 bis 6-n nimmt einen Druck T (Fig. 3) von einem entsprechenden Berührungs­ oder Anlageteil des Walzbands 5 ab. Da sich der Druck T in Abhängigkeit von der Planheit des Walzbands 5 ändert, erlauben Messungen der auf die jeweiligen Drucksensoren 6-1 bis 6-n einwirkenden Drücke die Messung von Plan­ heitswerten oder -größen des Walzbands 5 in den n Berei­ chen über die Breite des Walzbands hinweg.
Die Planheitseinstelleinheit 7 gibt n Plan­ heitsreferenzen oder -bezugswerte für die betreffenden n Bereiche in Breitenrichtung des Walzbands vor. Die Addierstufe 8 berechnet Differenzen zwischen den durch die Planheitsmeßvorrichtung 6 gemessenen n Planheitswerten und den durch die Planheitseinstellein­ heit 7 vorgegebenen gewünschten oder Soll-Planheitswerten und gibt die berechneten Werte als Planheitsdifferenzen des Walzbands aus.
Die Planheitsregeleinheit 9 gibt die durch die Addierstu­ fe 8 berechneten Planheitsdifferenzen den an Arbeits- und Antriebsseiten des Walzwerks 1 angeordneten Stelltrieben ein und berechnet Operations- bzw. Betriebsgrößen für die unabhängige bzw. getrennte Ansteuerung dieser Stelltriebe unter Verwendung der Einflußkoeffizienten für die Plan­ heitswerte der Stelltriebe 10 des Walzwerks 1. Die berechneten Betriebsgrößen werden getrennt zu den Stell­ trieben 10 ausgegeben.
Die Stelltriebe 10 umfassen verschiedene Stelltriebe (Zustellvorrichtungen), wie Walzenbiegeeinheit, Anstell­ einheit, Verschiebungseinheit und Kühlmitteleinheit.
Gemäß Fig. 4 sind bei der dargestellten Ausführungsform Stelltriebe 11a und 11b an Antriebs- bzw. Arbeitsseite der Reduktionswalze angeordnet. Das Stelltrieb 11a umfaßt einen Anstellmechanismus 12a, einen Arbeitswalzenbiege­ mechanismus 13a, einen Zwischenwalzenbiegemechanismus 14a und einen Zwischenwalzenverschiebemechanismus 15a.
Der Anstellmechanismus 12a vergrößert oder verkleinert einen Walzspalt an der Antriebsseite der Reduktionswalze entsprechend einer Betriebsgröße von der (Plan­ heits-)Regeleinheit 9. Der Arbeitswalzenbiegemechanismus 13a unterstützt die antriebsseitigen Lager der Arbeits­ walzen 2a und 2b (z. B. mittels Hydraulikzylindern) und biegt die Antriebsseiten der Arbeitswalzen 2a und 2b mittels einer Biegekraft entsprechend einer Betriebsgröße von der Regeleinheit 9. Der Zwischenwalzenbiegemechanis­ mus 14a stützt die antriebsseitigen Lager der Zwischen­ walzen 3a und 3b (z. B. mittels Hydraulikzylindern) und unterwirft die Antriebsseiten der Zwischenwalzen einer Biegekraft entsprechend einer Betriebsgröße von der Regeleinheit 9. Der Zwischenwalzenverschiebemechanismus 15a verschiebt die oberen und unteren Zwischenwalzen 3a und 3b über die gleiche Strecke, aber in entgegengesetz­ ten Richtungen, in Übereinstimmung mit einer von der Regeleinheit 9 erhaltenen Betriebsgröße.
Der arbeitsseitige Stelltrieb 11b umfaßt einen Anstell­ mechanismus 12b, einen Arbeitswalzenbiegemechanismus 13b, einen Zwischenwalzenbiegemechanismus 14b und einen Zwischenwalzenverschiebemechanismus 15b. Die Funktionen dieser Mechanismen sind denen der Mechanismen an der Antriebsseite identisch.
Gemäß Fig. 5 weist eine Kühlmittel(speise)einheit 16 n Kühlmitteldüsen 17-1 bis 17-n auf, welche die Gesamtbreite der Reduktionswalzen 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b be­ streichen. Diese Kühlmitteleinheit 16 spritzt ein Kühlmittel aus vorbestimmten Düsen 17 in Übereinstimmung mit einem Düsenwählsignal von der genannten Regeleinheit 9 aus.
Fig. 6 veranschaulicht schematisch eine Beziehung zwi­ schen den Reduktionswalzen des Walzwerks 1 und den Stelltrieben 10. Von den antriebsseitigen und arbeitssei­ tigen Stelltrieben 11a bzw. 11b her auf die Reduktions­ walzen ausgeübten Kräfte sind dabei jeweils durch Pfeile angedeutet.
In Fig. 6 stehen die Ziffern 21, 22, 25 und 27 für Arbeitswalzenbiegekräfte an der Antriebsseite; die Ziffern 23, 24, 26 und 28 stehen für Arbeitswalzenbiege­ kräfte an der Arbeitsseite; mit 29, 31, 33 und 35 sind Zwischenwalzenbiegekräfte an der Antriebsseite bezeich­ net; die Ziffern 30, 32, 34 und 36 stehen für Zwischen­ walzenbiegekräfte an der Arbeitsseite; mit 41 ist eine Antellwirkung an der Antriebsseite bezeichnet, während mit 42 eine Anstellwirkung oder -kraft an der Arbeitsseite bezeichnet ist.
Die genannten Stelltriebe 11a und 11b sind normalerweise durch Hydraulikzylinder gebildet. Sie können jedoch auch aus kraftbetätigten bzw. Druckluftzylindern bestehen.
Im folgenden ist ein Verfahren zum Steuern des Walzwerks gemäß der dargestellten Ausführungsform beschrieben.
Fig. 7 zeigt ein Ablaufdiagramm für die Walzwerksteue­ rung bei der vorliegenden Ausführungsform.
In einem Schritt 1 werden Planheitswerte des im Walzwerk 1 ausgewalzten Walzbands 5 mittels der Planheitsmeßvor­ richtung 6 gemessen.
Die n Planheitsreferenzen für die n Bereiche, in welche das Walzband in seiner Breitenrichtung unterteilt ist, werden durch die Planheitseinstelleinheit 7 im voraus vorgegeben.
Genauer gesagt: Die gewünschten oder Soll-Planheitswerte
yiREF (i = 1 bis n) (5)
werden von der genannten Einstelleinheit 7 der Addierstu­ fe 8 zugespeist. In obiger Gleichung steht i für einen Teilungszähler in Richtung der Bandbreite und gleich der Zahl der Unterteilungen des Walzband- Planheitsmessers 6. Wenn die Unterteilung z. B. in jewei­ ligen Abständen von 50 mm vorgenommen ist, so gilt n = 20 für ein Walzband einer Breite von 1000 mm.
Die durch den Planheitsmesser 6 gemessenen Planheitswerte (des Walzbands) werden der Addierstufe 8 wie folgt zugespeist:
yiMEAS (i = 1 bis n) (6)
In einem Schritt 2 berechnet die Addierstufe 8 Planheits­ differenzen εi zwischen den gemessenen Planheitswerten und der vorgegebenen Planheitsreferenz wie folgt:
εi = yiREF - yiMEAS (7)
für i = 1 bis n.
Die durch die Addierstufe 8 berechneten Planheitsdiffe­ renzen εi werden der genannten Regeleinheit 9 zugespeist. Letztere berechnet Betriebsgrößen zum unabhängigen oder getrennten Betreiben der Stelltriebe 11a und 11b an Arbeits- bzw. Antriebsseite unter Heranziehung von Einflußkoeffizienten für die Planheitswerte der Stell­ triebe 10 des Walzwerks 1 auf der Grundlage der Plan­ heitsdifferenzen εi.
Eine Planheitsauswertungsfunktion JDS an der Antrieb­ seite und eine Planheitsauswertungsfunktion JWS an der Arbeitsseite sind wie folgt definiert:
In obigen Gleichungen bedeuten: ∂yi/∂FWDS = Einflußkoef­ fizent für einen Einfluß auf die Planheit des Walzbands von der antriebsseitigen Arbeitswalzenbiegeeinheit, ∂yi/∂FWWS = Einflußkoeffizient für einen Einfluß auf die Walzband-Planheit von der arbeitsseitigen Arbeitswalzen­ biegeeinheit, ΔFWDS = Arbeitswalzenbiegekraft (Biegebe­ triebsgröße) an der Antriebsseite, ΔFWWS= Arbeitswalzenbiege­ kraft (Biegebetriebsgröße) an der Arbeitsseite, ∂yi/∂FIDS = Einflußkoeffizient für einen Einfluß auf die Walzband- Planheit von der antriebsseitigen Zwischenwalzenbiegeein­ heit,∂yi/∂FIWS = Einflußkoeffizient für einen Einfluß auf die Walzband-Planheit von der arbeitsseitigen Zwi­ schenwalzenbiegeeinheit, ΔFIDS = Zwischenwalzenbiegekraft (Biegebetriebsgröße) an der Antriebsseite, ΔFIWS = Zwischenwalzenbiegekraft (Biegebetriebsgröße) an der Arbeitsseite, ∂yi/∂LDS = Einflußkoeffizient für einen Einfluß auf die Walzband-Planheit von der antriebsseiti­ gen Anstelleinheit, ∂yi/∂LWS = Einflußkoeffizient für einen Einfluß auf die Walzband-Planheit von der arbeitsseitigen Anstelleinheit, ΔLDS = antriebsseitige Anstellwirkung oder -kraft und ΔLWS = arbeitsseitige Anstellwirkung oder -kraft.
Betriebsgrößen (d. h. die Arbeitswalzenbiegekräfte, die Zwischenwalzenbiegekräfte und der Walzenrichtwert) zum Minimieren der Auswertungsfunktionen JDS und JWS sowohl an Antriebs- als auch Arbeits­ seite werden gemäß einer Methode der kleinsten Quadrate abgeleitet (Schritt 3).
Die Einflußkoeffizienten ∂yi/∂FWDS, ∂yi/∂FWWS, ∂yi/∂FIDS, ∂yi/∂FIWS, ∂yi/∂LDS, ∂yi/∂LWS und dgl. können anhand von Walzversuchen berechnet oder ermittelt werden, wenn das Walzwerk 1, das Walzband 5 und der Walzplan (z. B. Art des Stahls, Eingangs- und Ausgangsdicken, Bandbreite sowie Umfangsgeschwindigkeit jeder Reduktionswalze) bestimmt bzw. festgelegt sind. Werte für die Stelltriebe 11a und 11b werden aus Gleichungen (8) und (9) abgeleitet.
Die Planheitsregeleinheit 9 liefert die berechneten Betriebsgrößen zu den antriebs- und arbeitsseitigen Stelltrieben 11a bzw. 11b des Walzwerks 1, wobei die Stelltriebe 11a und 11b diese Betriebsgrößen auf die betreffenden Reduktionswalzen übertragen.
Wenn die ermittelten oder gewonnenen Betriebsgrößen der Stelltriebe 11a und 11b als ΔFc WDS, ΔFc WWS, ΔFc IDS, ΔFc IWS, ΔLc DS und ΔLc WS (hochgestelltes "c" bedeutet "berechneter Wert) definiert sind und die von den obigen Betriebsgrößen abgeleiteten Regel- oder Steuergrö­ ßen von den durch die Addierstufe 8 gewonnen Differenzen εi subtrahiert werden, können die Restdifferenzen abge­ leitet oder ermittelt werden (Schritt 4). Dies bedeutet, daß die folgenden Größen erzielt werden:
Für Antriebsseite:
ΔεDS,i = εi - (∂yi/∂FWDS) · ΔFc WDS - (∂yi/∂FIDS) · ΔFc IDS - (∂yi/∂LDS) · ΔLc DS (10)
für i = 1 bis n/2.
Für Arbeitsseite:
ΔεWS,i = εi - (∂yi/∂FWWS) · ΔFc WWS - (∂yi/∂FIWS) · ΔFc IWS - (∂yi/∂LWS) · ΔLc WS (11)
für i = (n/2) + 1 bis n.
Die Planheitsregelung durch Verschiebungen der Zwischen­ walzen erfolgt in der Weise, daß die untere Zwischenwalze 3b zur Antriebsseite um den gleichen Betrag verschoben wird, um den die obere Zwischenwalze 3a zur Arbeitsseite verschoben wird.
Wenn i = 1 bis n vorausgesetzt wird, erhält man folgende Gleichung:
Δε = ΔεDS,i (i = 1 bis n/2) + ΔεWS,i (i = (n/2) + 1 bis n) (12)
Damit wird eine Zwischenwalzenverschiebungsgröße ΔS wie folgt ermittelt oder abgeleitet:
Die gewonnene oder ermittelte Zwischenwalzen­ verschiebungsgröße ΔS wird von der genannten Regeleinheit 9 zu den Zwischenwalzenverschiebemechanismen 15a und 15b an Antriebs- bzw. Arbeitsseite übertragen. Die Zwischen­ walzenverschiebemechanismen 15a und 15b übertragen diese Betriebsgröße auf die Zwischenwalzen 3a und 3b.
Der Einflußkoeffizient ∂yi/∂S repräsentiert einen Ein­ fluß, der durch die Zwischenwalzenverschiebung auf die Walzband-Planheit ausgeübt wird, und er kann ermittelt oder abgeleitet werden, wenn das Walzwerk 1, das Walzband 5 und der Walzplan bestimmt bzw. festgelegt sind.
Die ermittelte oder abgeleitete Zwischenwalzenverschie­ bungsgröße ist zu ΔSc definiert.
Die mit der Kühlmitteleinheit 16 verbundene Regelung verbleibt als den Stelltrieben 10 zugeordnete Regelung. Zur Vereinfachung der Beschreibung sei angenommen, daß die Kühlmitteldüsen 17-1 bis 17-n in durch die Planheitsmeßvorrichtung 6 gemessenen Positionen in den n Bereichen in Richtung der Bandbreite angeordnet sind.
Die Planheitsregeleinheit 9 führt Operationen nach nachstehender Gleichung (14) durch:
Δεci = {Δεi - (∂yi/∂S) · ΔSc} (14)
für i = 1 bis n.
Für jeweils i = 1 bis n wird die Polarität des Werts Δεci bestimmt. Wenn dieser Wert positiv ist, wird ein Düsenwähl- bzw. -ansteuersignal zum Aktivieren der i-ten Kühlmitteldüse zur Kühlmitteleinheit 16 ausgegeben (d. h. Kühlmittel zur Reduktionswalze ausgespritzt). Wenn dagegen der Wert Δεci negativ ist, wird zur Kühlmittel­ einheit 16 ein Düsenwählsignal zum Abschalten der i-ten Kühlmitteldüse ausgegeben (Schritt 5).
Ein Befehl zum Ein/Abschalten der Kühlmitteleinheit 16 stellt das Düsenwähl- bzw. -ansteuersignal dar, die Polarität des Werts Δεci repräsentierend.
Wie erwähnt, werden die durch Gleichungen (1) bis (4) dargestellten Operationen durch die Addierstufe 8 durch­ geführt, während die durch Gleichungen (5) bis (14) repräsentierten Operationen von der Planheitsregeleinheit 9 ausgeführt werden, um damit die Betriebsgrößen für die Stelltriebe 10 abzuleiten. Diese Betriebsgrößen werden den Stelltrieben 11a und 11b an Arbeits- bzw. Antriebs­ seite so eingegeben bzw. aufgeprägt, daß sie unabhängig voneinander betätigt werden. Die Walzband-Planheitswerte an Ausgangs-Arbeits- und -Antriebsseite des Walzwerks 1 können somit getrennt auf die gewünschten Werte oder Größen eingestellt werden.
Die beschriebene Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt die Walzband-Planheitsmeßvorrichtung 6 zum Messen der Planheitswerte in den mehreren n Bereichen in Breitenrichtung des durch das Walzwerk 1 ausgewalzten Walzbands 5 aus Metall od. dgl., die Planheitseinstellein­ heit 7 zum Einstellen von n gewünschten oder Soll-Plan­ heitswerten in Richtung der Bandbreite, die Addierstufe 8 zum Berechnen der Differenzen zwischen den durch die Meßvorrichtung 6 gemessenen Planheitswerten und den durch die Einstelleinheit 7 vorgegebenen Soll-Planheitswerten (Referenzen) und zum Ausgeben der berechneten Werte als Planheitsdifferenzen sowie die Planheitsregeleinheit 9 zum Berechnen von Betriebsgrößen für die unabhängige bzw. getrennte Betätigung der arbeits- und antriebsseitigen Stelltriebe 11a bzw. 11b unter Heranziehung von Einfluß­ koeffizienten für die Walzband-Planheit der Stelltriebe des Walzwerks 1 auf der Grundlage der durch die Addier­ stufe 8 berechneten Planheitsdifferenzen, wobei die arbeits- und antriebsseitigen Stelltriebe 11a bzw. 11b nach Maßgabe der Betriebsgrößen von der Walzband-Plan­ heitsregeleinheit 9 unabhängig voneinander betrieben bzw. betätigt werden können. Die Planheitswerte an den Aus­ gangs-Arbeits- und -Antriebsseiten des Walzwerks 11 können somit mit hoher Genauigkeit automatisch auf die gewünsch­ ten Werte oder Größen geregelt werden. Die beschriebene Vorrichtung vermag flexibel dem derzeitigen großen Bedarf nach verbesserter Güte breiter Walzbänder (d. h. solcher mit Breiten von 1000 bis 2000 mm) zu genügen.
Die Erfindung ist keineswegs auf die vorstehend beschrie­ benen speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern verschiedenen Änderungen und Abwandlungen zugänglich.
Obgleich die Erfindung beispielhaft auf ein Sechswalzen- Walzwerk angewandt ist, ist sie keineswegs darauf beschränkt. Beispielsweise ist die Erfindung zur Regelung oder Einstellung der Planheit des Walzbands in gleicher Weise auf 2-Walzen-, 3-Walzen-, 4- Walzen- und 5-Walzen-Walzwerke, auf ein 12-Walzen-Walzwerk und auch auf ein 20-Walzen-Walzwerk mit unterschiedlichem Walzenzahlen pro Walzgerüst anwendbar.
Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die Stelltrie­ be 10 angeordnet zum Regeln oder Einstellen der antriebs­ seitigen und arbeitsseitigen Richtgröße, der antriebs­ seitigen und arbeitsseitigen Arbeitswalzen-Biegegröße, der entsprechenden Zwischenwalzen-Biegegröße, der Zwi­ schenwalzenverschiebung und der Walzenkühloperation. Auch bei einer Änderung der Zahl der Stelltriebe kann durch Anwendung der Erfindung auf die betreffende Regelung der Planheitsgrad des Walzbands auf oben beschriebene Weise geregelt bzw. eingestellt werden.
Bei einem Walzwerk ohne Zwischenwalzenverschiebung können beispielsweise die diesem Vorgang zugeordneten Termina weggelassen werden. Bei einer Vergrößerung der Zahl der Stelltriebe werden den zusätzlichen Walzen entsprechende Termina hinzugefügt, um auf diese Weise den Planheitsgrad des Walzbands nach dem gleichen Verfahren, wie oben beschrieben, zu regeln.
Die obige Ausführungsform bezieht sich beispielhaft auf die Regelung oder Einstellung des Planheitsgrads des Walzbands. Das Verfahren und die Vor­ richtung zum Steuern eines Walzwerks sind jedoch auch auf einen Fall anwendbar, in welchem eine Balligkeit bzw. Wölbung des Walzbands als Dickenverteilung in Breiten­ richtung des Walzbands auf eine gewünschte Größe geregelt wird.
In diesem Fall werden anstelle des Planheitsmessers i (= 1 bis n) Walzband-Dickenmesser in Richtung der Bandbreite angeordnet, wobei die Stelltrieb-Einflußkoeffizienten als Werte für die Walzband-Balligkeit oder -Wölbung benutzt werden. Mit diesen einfachen Änderungen und Abwandlungen kann die Balligkeit oder Wölbung des Walzbands ebenso wie seine Planheit geregelt werden.

Claims (11)

1. Verfahren zum Steuern eines Walzwerks (1), bei dem Planheitswerte eines mittels Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) des Walzwerks (1) ausgewalzten Walzbands (5) gemessen werden, Betriebsgrößen nach Maßgabe der Planheitswerte berechnet werden, und jeweils an Antriebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) angeordnete Stelltriebe (10) basierend auf den berechneten Betriebsgrößen betätigt werden, umfassend:
einen Gesamt- bzw. Summendifferenz-Berechnungsschritt zur Berechnung von Gesamt- bzw. Summendifferenzen ε zwischen n Soll- Planheitswerten bzw. Planheits-Referenzwerten, deren Anzahl und Nummern mehreren in seiner Breiten- oder Querrichtung unterteilten Bereichen des Walzbands (5) entsprechen und n gemessenen Planheitswerten,
einen Berechnungsschritt des Berechnens der der Antriebsseite der Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) zugeordneten Betriebsgröße und der der Arbeitsseite der Reduktionswalzen (2a- 4a, 2b-4b) zugeordneten Betriebsgröße unabhängig voneinander nach Maßgabe der Planheitswerte und von Einflußkoeffizienten der Stelltriebe (10), wobei die Einflußkoeffizienten einen Einflußgrad repräsentieren, welchen die von den Stelltrieben (10) auf die Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) zur Einwirkung gebrachten Betriebsgrößen auf die Planheitswerte des Walzbands (5) haben, wobei die Betriebsgrößen zum Minimieren einer antriebsseitigen Auswertungsfunktion JDS und einer arbeitsseitigen Auswertungsfunktion JWS unter Verwendung einer Methode der kleinsten Quadrate und nach Maßgabe der folgenden Formeln ermittelt werden: worin ist/sind:
ΔFWDS, ΔFIDS und ΔLDS Betriebsgrößen zum Minimieren der antriebsseitigen Auswertungsfunktion JDS,
ΔFWWS, ΔFIWS und ΔLWS Betriebsgrößen zum Minimieren der arbeitsseitigen Auswertungsfunktion JWS,
i eine Laufvariable im Bereich von 1 bis n, die eine Position in Querrichtung des Walzbands repräsentiert,
∂yi/∂FWDS und ∂yi/∂FWWS Einflußkoeffizienten, die jeweils die Einflüsse der durch die antriebsseitige und die arbeitsseitige Arbeitswalze aufgebrachten Biegekräfte auf die Planheitswerte repräsentieren,
∂yi/∂FIDS und ∂yi/∂FIWS Einflußkoeffizienten, die jeweils die Einflüsse der durch die antriebsseitige und die arbeitsseitige Zwischenwalze aufgebrachten Biegekräfte auf die Planheitswerte repräsentieren,
∂yi/∂LDS und ∂yi/∂LWS Einflußkoeffizienten, die jeweils Einflußgrade repräsentieren, welche eine auf der Antriebsseite und eine auf der Arbeitsseite aufgebrachte Anstellkraft auf die Planheitswerte haben,
ΔFWDS und ΔFWWS durch die antriebsseitige bzw. durch die arbeitsseitige Arbeitswalze aufgebrachte Biegekräfte,
ΔFIDS und ΔFIWS durch die antriebsseitige bzw. durch die arbeitsseitige Zwischenwalze aufgebrachte Biegekräfte, und
ΔLDS und ΔLWS an den Antriebs- bzw. Arbeitsseiten aufgebrachte Anstellkräfte, und
einen Betätigungsschritt des Betätigens der Stelltriebe (10) unabhängig voneinander nach Maßgabe der im Berechnungsschritt berechneten Betriebsgrößen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Berechnungsschritt zur Berechnung der Betriebsgrößen den Schritt eines Berechnens mindestens einer Biegekraft, einer Anstellkraft und/oder einer Walzen-Verschiebegröße als die auf die Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) zur Einwirkung zu bringende Betriebsgröße, derart, daß die der Antriebsseite der Reduktionswalzen zugeordnete Betriebsgröße und die der Arbeitsseite der Reduktionswalzen zugeordneten Betriebsgrößen unabhängig voneinander berechnet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Einflußkoeffizienten der Stelltriebe (10) Funktionen des Walzplans sind, einschließlich Funktionen, die eine Eingangsdicke des Walzbands, eine Ausgangsdicke des Walzbands, einen Umformungswiderstands des Walzbands, eine Breite des Walzbands und eine Betriebsgeschwindigkeit des Walzwerks repräsentieren.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
das Walzwerk mehrere in einer Richtung der Walzenachse der Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) angeordnete Kühlmitteldüsen (17-1 bis 17-n) zum Aufspritzen eines Kühlmittels auf die Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) umfaßt,
der Berechnungsschritt der Betriebsgrößen den Schritt des Bestimmens einer auf die Walzenachsenrichtung der Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) bezogenen Kühlmittel- Einspritzposition umfaßt, wobei das Kühlmittel von der ermittelten Kühlmittel-Einspritzposition auf die Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) nach Maßgabe der unabhängig voneinander für die Antriebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) berechneten Betriebsgrößen aufgespritzt wird, und
der Betätigungsschritt den Schritt eines Zuführens eines Kühlmittels zu den im Berechnungsschritt ermittelten Kühlmittel- Einspritzpositionen umfaßt.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) zwei Arbeitswalzen (2a, 2b), zwei Zwischenwalzen (3a, 3b) und zwei Stützwalzen (4a, 4b) umfassen.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
die Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) zwei Arbeitswalzen (2a, 2b) zwei Zwischenwalzen (3a, 3b) und zwei Stützwalzen (4a, 4b) umfassen,
das Walzwerk (1) mehrere in Richtung einer Walzenachse der Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) angeordnete Kühlmitteldüsen (17-1 bis 17-n) zum Aufspritzen eines Kühlmittels auf die Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) umfaßt, und daß der Berechnungsschritt weiterhin beinhaltet:
einen Restdifferenz-Berechnungsschritt zum Berechnen der antriebsseitigen Rest-Planheitsdifferenzen ΔεDS,i durch Subtraktion der im Betriebsgrößen-Berechnungsschritt berechneten Betriebsgrößen von den Gesamt- bzw. Summendifferenzen basierend auf der folgenden Formel (C), Berechnen der arbeitsseitigen Rest- Planheitsdifferenzen ΔεWS,i, basierend auf der folgenden Formel (D), und Berechnen der zusammengesetzten Restdifferenzen Δεi, basierend auf den antriebsseitigen und den arbeitsseitigen Rest- Planheitsdifferenzen ΔεDS,i und ΔεWS,i, wobei ΔεDS,i = εi - (∂yi/∂FWDS) · ΔFc WDS - (∂yi/∂FIDS) · ΔFc IDS - (∂yi/∂LDS) · ΔLc DS (C)für i = 1 bis n/2, undΔεWS,i = εi - (∂yi/∂FWWS) · ΔFc WWS - (∂yi/∂FIWS) · ΔFc IWS - (∂yi/∂LWS) · ΔLc WS (D)für i = (n/2) + 1 bis n,
worin ΔFc WDS, ΔFc IDS, ΔFc DS, ΔFc WWS, ΔFc IWS und ΔFc WS im Betriebsgrößen-Berechnungsschritt berechnete Betriebsgrößen sind,
einen Verschiebungsgrößen-Berechnungsschritt zum Berechnen einer Zwischenwalzen-Verschiebungsgröße ΔS, basierend auf der folgenden Formel (E), die eine Auswertungsfunktion einer Verschiebung der Zwischenwalzen definiert, wobei einen Kühlmittel-Positionsbestimmungsschritt zum Berechnen von letzten Restdifferenzen Δεci durch Subtraktion der im Verschiebegrößen-Berechnungsschritt berechneten Zwischenwalzen- Verschiebegröße ΔS von den zusammengesetzten Differenzen Δεi nach Maßgabe der Formel (F), und Ermitteln einer Kühlmittelposition, basierend auf dem Vorzeichen (Plus oder Minus) der letzten Restdifferenzen Δεci und des Werts von i, wobeiΔεci = [Δεi - (∂yi/∂S) · ΔSc] (F)für i = 1 bis n, worin ΔSc die im Betriebsgrößen-Berechnungsschritt berechnete Betriebsgröße ist.
7. Vorrichtung zum Steuern eines Walzwerks (1) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend
eine Walzband-Planheitsmeßeinheit (6), mit der Planheitswerte eines mittels Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) des Walzwerks (1) ausgewalzten Walzbands (5) gemessen werden, wobei das Walzband (5) dazu in seiner Breiten- oder Querrichtung in mehrere Bereiche unterteilt ist,
eine Walzband-Planheitsdifferenz-Berechnungseinheit (8) zum Vergleichen der von der Planheitsmeßeinheit (6) erhaltenen Walzband-Planheitsmeßwerte mit einer vorgegebenen Walzband- Planheitsreferenz zwecks Berechnung von Walzband- Planheitsdifferenzen,
eine Walzband-Planheitsregeleinheit (9) zum Berechnen von Betriebsgrößen nach Maßgabe der Planheitswerte und
jeweils an Antriebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) angeordnete Stelltriebe (10), die basierend auf den berechneten Betriebsgrößen betätigt werden,
wobei die Walzband-Planheitsregeleinheit (9) einen Berechnungsschritt des Berechnens der der Antriebsseite der Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) zugeordneten Betriebsgröße und der der Arbeitsseite der Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) zugeordneten Betriebsgröße unabhängig voneinander nach Maßgabe der Planheitswerte und Einflußkoeffizienten der Stelltriebe (10) durchführt, wobei die Einflußkoeffizienten einen Einflußgrad repräsentieren, welchen die von den Stelltrieben (10) auf die Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) zur Einwirkung gebrachten Betriebsgrößen auf die Planheitswerte des Walzbands (5) haben, und
wobei die Stelltriebe (10) unabhängig voneinander nach Maßgabe der in der Walzband-Planheitsregeleinheit (9) berechneten Betriebsgrößen betätigbar sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Walzband- Planheitsregeleinheit (9) eine Einheit zum Berechnen zumindest einer Größe aus einer Biegekraft, einer Anstellkraft und einer Verschiebegröße der Reduktionswalzen nach Maßgabe der Walzband- Planheitsdifferenzen und der Einflußkoeffizienten zum Ableiten oder Gewinnen jeder der auf bzw. an Antriebs- und Arbeitsseite der Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) zur Einwirkung gebrachten Betriebsgrößen und zum unabhängigen oder getrennten Betreiben der Stelltriebe (10) in der Weise, daß die berechneten Betriebsgrößen jeweils an den Antriebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) zur Einwirkung gebracht werden, umfaßt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, ferner umfassend eine Einheit zum Bestimmen einer Axialstellung, an welcher ein Kühlmittel aus- bzw. aufgespritzt wird, in Abhängigkeit von den von der Planheitsregeleinheit (9) erhaltenen Betriebsgrößen und zum Betreiben der Stelltriebe (10) zum Aufspritzen des Kühlmittels auf die Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) aus einer der betreffenden Axialstellung entsprechenden Kühlmitteldüse (17), die aus einer Anzahl von Kühlmitteldüsen (17-1 bis 17-n) gewählt ist, welche in Axialrichtung der Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) angeordnet sind.
10. Verfahren zum Steuern eines Walzwerks (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem an Stelle der Planheitswerte Dickenwerte des ausgewalzten Walzbands (5) gemessen werden und als Grundlage zur Berechnung der Betriebsgrößen dienen, wobei die Einflußkoeffizienten einen Einflußgrad repräsentieren, welchen die von den Stelltrieben (10) auf die Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) zur Einwirkung gebrachten Betriebsgrößen auf eine Balligkeit oder Wölbung des Walzbands (5) haben.
11. Vorrichtung zum Steuern eines Walzwerks (1) gemäß dem Verfahren nach Anspruch 10, umfassend
eine Walzband-Dickenmeßeinheit (6), mit der Dickenwerte eines mittels Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) des Walzwerks (1) ausgewalzten Walzbands (5) gemessen werden, wobei das Walzband (5) dazu in seiner Breiten- oder Querrichtung in mehrere Bereiche unterteilt wird,
eine Walzband-Balligkeits- bzw. -Wölbungsdifferenz- Berechnungseinheit (8) zum Messen von Walzband-Balligkeits- oder -Wölbungswerten als Walzband-Dickenverteilung in Breitenrichtung des Walzbands (5) nach Maßgabe der Walzband-Dickenmeßwerte und zum Vergleichen der von der Walzband-Dickenmeßeinheit (6) erhaltenen Walzband-Balligkeits- oder -Wölbungswerte mit vorgegebenen Walzband-Balligkeits- oder -Wölbungswerten zwecks Berechnung der Balligkeits- oder -Wölbungsdifferenzen des Walzbands (5),
eine Walzband-Dickenregeleinheit (9) zum Berechnen von Betriebsgrößen nach Maßgabe der Dickenwerte und
jeweils an Antriebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) angeordnete Stelltriebe (10), die basierend auf den berechneten Betriebsgrößen betätigt werden,
wobei die Walzband-Dickenregeleinheit (9) einen Berechnungsschritt des Berechnens der der Antriebsseite der Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) zugeordneten Betriebsgröße und der der Arbeitsseite der Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) zugeordneten Betriebsgröße unabhängig voneinander nach Maßgabe der Walzband-Balligkeits- oder -Wölbungsdifferenzen und Einflußkoeffizienten der Stelltriebe (10) durchführt, wobei die Einflußkoeffizienten einen Einflußgrad repräsentieren, welchen die von den Stelltrieben (10) auf die Reduktionswalzen (2a-4a, 2b-4b) zur Einwirkung gebrachten Beriebsgrößen auf die Walzband- Balligkeit oder -Wölbung des Walzbands (5) haben, und
die Stelltriebe (10) unabhängig voneinander nach Maßgabe der in der Walzband-Dickenregeleinheit (9) berechneten Betriebsgrößen betätigbar sind.
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