DE4391396C2

DE4391396C2 - Verfahren zum Walzen von H-Profilstahl

Info

Publication number: DE4391396C2
Application number: DE4391396A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Hayashi; Takaaki Iguchi; Shinji Inamura; Akihide Sugimura
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1992-03-27
Filing date: 1993-03-26
Publication date: 2000-10-26
Anticipated expiration: 2013-03-27
Also published as: LU88538A1; WO1993019861A1; US5553475A; GB9419389D0; GB2280395B; GB2280395A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Walzen eines H- Profilstahls guter Maßgenauigkeit durch Warmwalzen in einem Universalwalzwerk.

Ein solches Verfahren ist durch die DE 36 28 733 A1 bekannt. Aus der DE-36 28 733 A1 ist diesbezüglich ein Verfahren zum axialen Anstellen der Walzen von Walzgerüsten für Profilstahl bekannt und in diesem Zusammenhang die Einhaltung der Axiallage zweier axial verstellbarer Walzen im Hinblick auf die Beseitigung von Federwegen in den Walzen bzw. deren Lagerungen aufgrund axialer Anstellkräfte. Hierzu wird ein Soll-Ist Vergleich der Axialstellungen der Horizontalwalzen und eine entsprechende Ansteuerung eines StellHydraulikzylinders mindestens einer der Axialwalzen mit dem Ziel eines Ausgleichs von Abweichungen vorgeschlagen. Die Messung der Ist-Werte der Horizontalwalzen- Axialstellungen erfolgt mit Ist-Wert-Positionsgebern.

Einrichtungen zum Warmwalzen eines H-Profilstahls umfassen gemäß den Fig. 1a und 1b ein Vorwalzwerk 1, ein UniversalStreckwalzwerk 2, ein Stauchwalzwerk 3 und ein UniversalFertigwalzwerk 4. In diesen Einrichtungen werden Ausgangsmaterialien (Walzgut), wie eine Platte 5, ein Vorblock 6 oder ein Trägerrohling 7 (vgl. Fig. 2), in den obengenannten Walzwerken aufeinanderfolgend gewalzt, um einen H-Profilstahl (oder ein H-Stahlprofil) vorbestimmter Querschnittsabmessungen zu formen.

In den genannten Einrichtungen ist das Vorwalzwerk 1 ein Zweiwalzengerüst (Duowalzwerk) mit oberen und unteren Walzen, die längs eines Walzen-Ballens mit mehreren offenen Kalibern 8 oder geschlossenen Kalibern 9 (vgl. Fig. 3) versehen sind.

Im Universal-Streckwalzwerk mit Horizontal- und Vertikalwalzen wird der Steg w des Walzblocks durch die Horizontalwalzen 10a und 10b in der Dickenrichtung, d. h. Dicke reduziert, während seine Flansche f durch die Horizontalwalzen 10a und 10b sowie die Vertikalwalzen 11a und 11b in der Dicken richtung, d. h. Dicke reduziert werden, wie dies in Fig. 4a dargestellt ist. Die Breiten der Flansche werden im Walzwerk bzw. Gerüst mit Stauchwalzen 12a und 12b gemäß Fig. 4b redu ziert.

In dieser Stufe wird der durch Vorwalzen erhaltene Walz block üblicherweise mehrmals ausgewalzt und dann durch das Universal-Fertigwalzwerk bzw. -gerüst gemäß Fig. 4c zu einem Enderzeugnis fertiggewalzt.

Bei dem Walzen von H-Profilstahl auf oben angegebene Weise wird ein Walzwerk oder -gerüst mit paarweise zusammenwirkenden oberen und unteren Horizontalwalzen sowie paarweise zusammenwirkenden rechten und linken Vertikalwalzen eingesetzt. Beim Auswalzen von Walzgut wirkt auf jede der Walzen eine Auswalzrückwirkung ein, wodurch die Walzen elastisch verformt werden. Infolgedessen werden die Zwischen räume bzw. Kaliberöffnungen zwischen den Walzen im Betrieb, verglichen mit den Kaliberöffnungen ohne Belastung, größer. Wenn Steg und Flansche mit einem (einer) üblichen Walz druck oder Abnahme reduziert werden, ist die Dicke jedes Teils dem Maß der Kaliberöffnung zwischen den Walzen, durch welche dieses Teil gewalzt worden ist, gleich. Wenn somit die Kaliberöffnung zwischen den Walzen beim Auswalzen oder Walzvorgang eine unzweckmäßige Größe besitzt, kann die Dicke nach dem Stich von einem Zielwert abweichen. Da insbesondere im üblichen Universal-Streck- oder -Grobwalzen mehrere Stiche erfolgen, resultiert die Maßabweichung in einem bestimmten Stich in einer externen Störung des nächsten Stichs, was einen Faktor darstellt, welcher zu einer beeinträchtigten Maßgenauig keit des Enderzeugnisses führt.

Weiterhin hat sich in den letzten Jahren ein erhöhter Bedarf nach dünnem H-Profilstahl ergeben. Bei der Herstellung dieser dünnen H-Profilstähle werden Flanschabschnitte, die eine niedrigere Kühlrate als der Stegabschnitt aufweisen, oftmals im Warmwalzvorgang oder nach der Fertigstellung des Enderzeugnisses mit Wasser zwangsgekühlt, um die Restspannungen zu reduzieren oder Formdefekte zu vermeiden. Wenn dabei die Dicken der Flansche in rechten und linken, oberen und unteren Teilen ungleichmäßig sind, kann die Temperatur der einzelnen Teile des Stahls nicht gleichmäßig sein. Diese Ungleichmäßigkeit der Kühlung kann Formdefekte im erhaltenen Erzeugnis herbeiführen.

Bezüglich einer Steuerung oder Einstellung der Kaliberöffnung zwischen den Walzen im Walzvorgang sind ver schiedene Verfahren untersucht worden. Ein typisches derartiges Verfahren ist die sog. Rüsteinstellung. Nach diesem Verfahren soll die Walzen-Kaliberöffnung im voraus eingestellt werden, nämlich ohne Lastausübung auf die Walzen, indem die Walzrückwirkung (Walzlast) anhand der linearen Be ziehung zwischen der Walzrückwirkung und dem Inkrement der Kaliberöffnung zwischen den Walzen abgeschätzt wird. Dies bezüglich kann auf JP 63-104714 A und JP 63-123510 A verwiesen werden, die jeweils eine Technik offenbaren, nach welcher die Dicken von Flanschen und Steg durch Einstellung der Kaliberöffnungen zwischen Horizontal- und Vertikalwalzen in einem Universalwalzwerk kontrolliert werden.

Beim tatsächlichen Vorgang des Universalwalzens von H- Profilstahl ist aber der Grund für das Auftreten von Schwankung in den Kaliberöffnungen zwischen den Walzen nicht auf die Walzrückwirkung der Walzen beschränkt, vielmehr beruht er auf mangelnder Einstell- oder Rüstgenauigkeit der Kaliberöffnung zwischen den Walzen oder mechanischem Spiel. Da diese Faktoren die Maßgenauigkeit des H-Profilstahls wesentlich beeinflussen, können nach derzeitigem Stand der Dinge die Flanschdicken in den rechten und linken, oberen und unteren Teilen des H-Profilstahls durch einfache Anwendung der oben angegebenen herkömmlichen Maßnahmen nicht einander gleich eingestellt werden.

Insbesondere haben die relativen Fehler (Druck- oder Schubgrößen) in der Axialrichtung zwischen den oberen und unteren Horizontalwalzen im Universalwalzwerk einen erheblichen Einfluß auf die Maßgenauigkeit. Der Mechanismus ist dabei fol gender: Beim Universalwalzen des H-Profilstahls werden die Flansche in der Dickenrichtung zwischen den Endflächen der Horizontalwalzen 10a und 10b sowie der Vertikalwalzen 11a und 11b gemäß Fig. 5 reduziert. Wenn dabei die Horizontalwalze(n) in der Axialrichtung gemäß Fig. 6 oder Fig. 7 verschoben wird (werden), vergrößert sich die Kaliberöffnung zwischen den Walzen an der einen Seite, während sich die Kaliberöffnung an der anderen Seite entsprechend verkleinert, weil die Breiten der Horizontalwalzen konstant sind. Infolgedessen ändern sich die Dicken der Flansche des H-Profilstahls in den rechten und linken, oberen und unteren Bereichen. Da zudem die Endflächen der Horizontalwalzen des Universal-Streckwalzwerks schrägge stellt sind, schwanken die Dicken der Flansche auch in dem Fall, in welchem die Positionen der oberen und unteren Horizontalwalzen relativ zu den Vertikalwalzen abweichen (vgl. Fig. 8).

Diese Schwankung der Flanschdicke führt zu einer Differenz im Walzdruck eines jeden Flansches und ferner zu einer Differenz in der Länge des Flanschfußes (d. h. ein Maß vom Steg zum Ende des Flansches in der Breiten richtung) desselben, wodurch eine Mißausrichtung eines Zentrums des Flansches f in der Breitenrichtung mit bzw. zu der des Stegs w in der Dickenrichtung, nämlich eine "Mittenabweichung" gemäß den Fig. 9a und 9b, herbeigeführt wird.

In diesem Zusammenhang ist gemäß (der Japanischen Industrienorm) JIS G 3192 die Toleranz dieser "Mittenab weichung" bei einer Steghöhe von 300 mm oder weniger mit 2,5 mm und bei einer solchen von mehr als 300 mm mit 3,5 mm festgelegt.

Im Stand der Technik gibt es zahlreiche Verfahren zur Reduzierung der genannten Mittenabweichung, wobei hauptsächlich ein Spannzustand eines in einem Universalwalzwerk auszuwalzenden Walzguts vorgeschlagen wird. Beispielsweise offenbart die JP 3-23241 B2 ein Verfahren zum Kontrollieren oder Einstellen eines Spannwinkels eines auszuwalzenden Walzguts durch Erfassen bzw. Messen der Abweichung des Stegs des Walzguts; die JP 53-48067 A offenbart ein Verfahren zum Einstellen einer Spanngröße eines Walzguts.

Beim Verfahren gemäß der JP 3-23214 B2 wird jedoch lediglich Walzgut in ein Universalwalzwerk geführt; das Ausmaß, in welchem das Walzgut geführt werden kann, liegt dabei in einem Bereich, in welchem die Walzeinrichtungen nicht berücksichtigt werden. Da das Walzgut nicht bis unmittelbar vor die Spann- oder Ergreifposition der Walzen geführt wird, ist es schwierig, die Mittenabweichung unmittelbar zu korrigieren; die Wirkung der Verbesserung ist daher äußerst gering. Das Verfahren gemäß der JP 53-48067 A ist dem oben beschriebenen Verfahren ähnlich; es ist dabei mithin schwierig, Walzgut festzuhalten, bis es unmittelbar vor der Spannposition der Walzen ankommt, und die Wirkung der Verringerung der Mittenabweichung ist daher äußerst gering. Beim Walzen von H-Profilstahl kann auch eine solche Mittenabweichung auftreten, bei welcher der HProfilstahl gemäß Fig. 9b in lotrechter Richtung asymmetrisch wird.

In diesem Fall ist es nötig, die rechten und linken Flansche des Walzguts in absolut unterschiedlichen Halterungen bzw. Lagern auszuwalzen; dieser Gesichtspunkt ist jedoch bei den oben beschriebenen Verfahren nicht erörtert.

Meßeinrichtungen zum Messen der Dicken bzw. Stärken von Flanschen eines H-Profilstahls während des laufenden Walzvorgangs sind in der JP 58-173418 A, der JP 59-220606 A und der JP 4-22505 A beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Walzen eines H-Profilstahls zu schaffen, das eine Verringerung von Dickenabweichungen der Flansche ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß das in dem beigefügten Patentanspruch angegebene Verfahren zum Walzen eines H-Profilstahls in Vorschlag gebracht.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a und 1b schematische Darstellungen jeweils einer Anlage für das Warmwalzen von H-Profilstahl,

Fig. 2a bis 2c Schnittansichten einer Platte, eines Vorblocks bzw. eines Trägerrohlings,

Fig. 3a und 3b jeweils Darstellungen der Form eines Kalibers bei einem Vorwalzgerüst,

Fig. 4a bis 4c Schnittansichten eines Walzguts im Laufe des Streckwalzens, des Stauchwalzens bzw. des Fertigwalzens,

Fig. 5 eine Darstellung eines Vorwalzvorgangs,

Fig. 6 eine Darstellung eines Zustands, in welchem Walzenpositionen eines Universalwalzwerks geändert werden,

Fig. 7 eine Darstellung eines Zustands, in welchem Walzenpositionen eines Universalwalzwerks geändert werden,

Fig. 8 eine Darstellung eines Zustands, in welchem Walzenpositionen eines Universalwalzwerks geändert werden,

Fig. 9a und 9b Darstellungen zur Veranschaulichung jeweiliger Mittenabweichungszustände,

Fig. 10 eine Darstellung eines Zustands, in welchem eine Anordnung von Walzenpositionen in einem Universalwalzwerk geändert worden ist,

Fig. 11 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der geänderten Größe oder Änderungsgröße der Mittenabweichung und der Walzdruckdifferenz zwischen den oberen und unteren Flanschen und

Fig. 12 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Einrichtungen, wie sie vorteilhaft zur Durchführung der Erfindung benutzt wird.

Im folgenden ist zunächst ein Verfahren beschrieben, das folgende Schritte umfaßt: Ermitteln einer Größe der Abweichung jeder Walze (im folgenden einfach als "Abweichungsgröße" bezeichnet) durch Messen der Dicke jedes Flansches an vier Stellen an einem vorgeformten Walzblock und Modifizieren der Abweichungsgrößen.

Beim Warmwalzen von H-Profilstahl kann eine bekannte Technik (vgl. JP 3-293582 A) zum Messen einer Dicke eines jeden Flansches an rechten und linken, oberen und unteren Stellen eines vorgeformten Walzblocks sowie einer Fußlänge eines jeden Flansches angewandt werden. Es reicht aus, daß eine solche Messung an einer Stelle in der Längsrichtung des vorgeformten Walzblocks vorgenommen wird; wenn sie jedoch an mehreren Stellen vorgenommen wird, kann ein Mittelwert der Meßdaten bzw. -größen für jeden der rechten und linken, oberen und unteren Flansche (mit Ausnahme von Daten des Längs-Endbereichs des Walzblocks) als Größe benutzt werden, welche die Dicke und Fußlänge jedes Flansches repräsentiert.

Bei einem einem Vorwalzen unterworfener, vor- oder grob geformten Walzblock (im folgenden als "Walzgut" bezeichnet) sind oder werden ein oberer Flansch an einer Arbeitsseite (OP- Seite) eines Walzwerks, ein unterer Flansch an der Arbeitsseite (OP-Seite), ein oberer Flansch an einer Antriebsseite (DR- Seite) des Walzwerks und ein unterer Flansch an der Antriebs seite (DR-Seite) durch hinzugefügte tiefgestellte Indizes 1, 2, 3 bzw. 4 voneinander unterschieden, während auch Arbeits- und Antriebsseite durch tiefgestellte Indizes OP bzw. DR voneinander unterschieden sind oder werden. Obgleich ferner eine End-/Seiten-/Fläche der Hori zontalwalze beim tatsächlichen Universalwalzwerk einen Nei gungswinkel θ aufweist, wird eine Dicke zwischen der Seiten fläche der Horizontalwalze und der Ballenoberfläche der Vertikalwalze, in der Richtung orthogonal zur Welle einer Vertikalwalze gesehen, der Einfachheit halber als die Dicke eines dazwischen geformten Flansches benutzt bzw. angesehen. Die Erfindung wird unter den angegebenen Voraussetzungen konkret beschrieben werden.

Wenn t_f als Meßwert einer Dicke eines Flansches nach Durchführung des i-ten Stichs und t als eine Größe voraus gesetzt werden, die durch Umwandlung des Meßwerts in eine Dicke in der orthogonalen Richtung in bezug auf die Welle einer Vertikalwalze unter Vernachlässigung des Neigungswinkels θ einer Vertikalwalze abgeleitet ist, läßt sich t wie folgt ausdrücken:

t = t_f/cosθ (1)

Zudem ist oder wird T als Zieldicke des Flansches für den nächsten Stich definiert; dies bedeutet in der folgenden Beschreibung auch eine Dicke zwischen einer Endfläche der Horizontalwalze und der Vertikalwalze, in der orthogonalen Richtung in bezug auf die Welle einer Vertikalwalze gesehen.

Erstes Merkmal der Erfindung

Da eine Kaliberöffnung zwischen Walzen beim Auswalzen und eine Dicke eines aus den Walzen austretenden Walzguts gleich sind, kann ein Meßwert der Dicke jedes Flansches an vier Stel len von rechten und linken, oberen und unteren Bereichen im Walzgut als eine Dicke (Weite) der betreffenden, durch die Horizontal- und Vertikalwalzen festgelegten Kaliberöffnung angesehen werden.

Wenn hierbei ΔT als Abweichungsgröße der oberen Horizon talwalze in der Axialrichtung der Walzenwelle, ausgehend von der Lage der unteren Horizontalwalze als Basis, ΔV als Ab weichungsgröße der Vertikalwalze an der Antriebsseite, aus gehend von der Lage der Vertikalwalze an der Arbeitsseite als Basis, und ΔH als Abweichungsgröße der Mittelposition der Kali beröffnung zwischen den oberen und unteren Horizontalwalzen in bezug auf die Mittelposition des Walzenballens der Vertikal walze vorausgesetzt werden, ergibt sich deren Beziehung auf die in Fig. 10 gezeigte Weise.

Wenn weiterhin t₀ als eine Dicke eines Flansches zu einem Zeitpunkt, zu dem keine Stellfehler für Walzenpositionen vorliegen, nämlich zu einem Zeitpunkt, zu dem ΔT = 0, ΔV = 0 und ΔH = 0 gelten, und ΔC als eine durch ΔH verursachte Abweichungsgröße einer Vertikalwalze definiert werden, lassen sich aus der Beziehung nach Fig. 10 die folgenden Formeln bzw. Gleichungen ableiten:

t₁ = t₀ + ΔT + ΔC (2)

t₂ = t₀ - ΔC (3)

t₃ = t₀ - ΔT + ΔV + ΔC (4)

t₄ = t₀ + ΔV - ΔC (5)

Demzufolge gilt:

t₀ = (t₁ + 3t₂ + t₃ - t₄)/4 (6)

ΔC = (t₁ - t₂ + t₃ - t₄)/4 (7)

ΔH = ΔC/tanθ (8)

ΔT = {(t₁ - t₂) - (t₃ - t₄)}/2 (9)

ΔV = t₄ - t₂ (10)

Wenn nämlich die Dicken t₁, t₂, t₃ und t₄ der Flansche an vier Stellen, d. h. rechten und linken, oberen und unteren Stellen des Walzguts mittels eines Geräts zum Messen der Heiß- oder Warmmaße gemessen werden und jeder Meßwert entsprechend dem Neigungswinkel θ der Walze korrigiert wird, um eine Größe jeder Kaliberöffnung zwischen den Walzen zu ermitteln, lassen sich Abweichungsgrößen der Walzen im Universalwalzwerk anhand der obigen Gleichungen (7) bis (10) bestimmen.

Zweites Merkmal der Erfindung

Wenn beim Auswalzen von Walzgut eine Abweichung zwischen den Horizontalwalzen und den Vertikalwalzen des Universalwalzwerks vorliegt, wird anhand der Tatsache, daß mechanisches Spiel durch die Walzrückwirkung ab sorbiert wird, geschlossen, daß die Abweichung hauptsächlich durch eine Abweichung der Walzenpositionen oder -lagen am Nullpunkt (Standardposition) hervorgerufen wird. Daher ist zu befürchten, daß der gleiche Fehler (Fehler der Kaliberöffnung zwischen den Walzen) auch in den folgenden Stichen auftritt. Zum Vergleichmäßigen der Flanschdicken an vier Stellen in einem Walzgut ist es nötig, eine Reduktionseinstellung (Einstellung jeder Walzenposition) so vorzunehmen, daß diese Abweichungen negiert bzw. aufgehoben werden.

Wenn hierbei R_H als Radius der Horizontalwalzen im Universalwalzwerk, R_V als Radius der Vertikalwalzen, M als Plastizitätskonstante des Walzguts, K_Hals Walzwerks- bzw. Gerüststeifheit der Horizontalwalzen in der Reduktionsrichtung, K_V als gleiche Steifheit der Vertikalwalzen in der Reduktions richtung und K_T als Walzwerks- oder Gerüststeifheit der Horizontalwalzen in der Axialrichtung vorausge setzt werden, werden die Abweichungsgrößen ΔT, ΔV und ΔC der Walzen zum Auswalzzeitpunkt zu Abweichungsgrößen ΔS_T, ΔS_Y und ΔS_H, d. h. diejenigen zum lastfreien Zeitpunkt, unter Heran ziehung der Dicken t_f der Flansche an den oberen und unteren, rechten und linken Stellen sowie der Zieldicken Tf dieser Flansche unter Berücksichtigung der Gerüststeifigkeiten ent sprechend den folgenden Gleichungen umgewandelt. In diesem Zusammenhang werden für die Beziehungsformeln f₁, f₂, f₃ und f₄ zwischen den Modifizierungsgrößen die Abweichungen der Walzen und Abweichungsgrößen der Walzen beim Auswalzen die im voraus durch Berechnen oder tatsächliche Messung ermittelten benutzt.

ΔS_T = f₁(M, K_T, t_f, T_f, R_H, R_V) . ΔT (11)

ΔS_Y = f₂(M, K_T, t_f, T_f, R_H, R_V) . ΔV (12)

ΔS_H = f₃(M, K_T, t_f, T_f, R_H, R_V) . ΔH (13)

Auch wenn keine Fehler (Abweichungen) in den Stell positionen der Walzen vorliegen, ist es ebenfalls denkbar, daß die Dicke t₀ der Flansche im augenblicklichen Stich um Δt von der Zielgröße verschieden ist. In diesem Fall werden unter gleicher Berücksichtigung mit der üblichen Dickenregelung die Differenz in eine Korrekturgröße von ΔS_f für einen Ab stand zwischen den Vertikalwalzen zum Zeitpunkt ohne Last (im lastfreien Zustand) umgewandelt und die Kaliberöffnung zwischen den rechten und linken Vertikalwalzen entsprechend korrigiert:

Sf = f₄(M, K_T, t_f, T_f, R_H, R_V) . Δt (14)

Wenn nun die Kaliberöffnungen zwischen den Walzen (die jenigen, bei denen die Walzrückwirkung bereits berücksichtigt worden ist) zum Auswalzzeitpunkt im nächsten Stich als S_VOP und S_VDR bezüglich der rechten und linken Vertikalwalzen und als S_HU und S_HL für die oberen und unteren Horizontalwalzen defi niert werden und auch der Druck oder Schub zwischen den oberen und unteren Horizontalwalzen als S_HT definiert wird, lassen sich die Kaliberöffnungen zwischen den Walzen, wenn Korrekturgrößen für Abweichung der Walzen zu den mit den Sternchen "*" markierten Gliedern hinzugefügt werden, wie folgt ausdrücken:

S_VOP* = S_VOP - ΔSf (15)

S_VDR* = S_VDR - ΔSf - λΔSV (16)

S_HU* = S_HU - λΔS_H (17)

S_HL* = S_HL + λΔS_H (18)

S_HT* = S_HT - λΔS_T (19)

Wenn diesbezüglich Einstellungen der Walzen in der Weise erfolgen, daß die Reduktionsmodifizierung im nächsten Ein zelstich abgeschlossen ist, treten manchmal Formdefekte im Walzgut auf. Demzufolge ist es zweckmäßig, das Auswalzen in mehreren Stichen durch Multiplizieren eines Relaxations koeffizienten λ (0 ≦ λ ≦ 1) durchzuführen.

Folglich ist es möglich, einen H-Profilstahl mit Flanschen gleichmäßiger Dicke zu walzen, wenn die Reduktionsmodifizierung (die Korrektur der Walzenabweichungen) im nächsten Stich oder in mehreren folgenden Stichen entsprechend den oben beschrie benen Verfahren vorgenommen wird.

Drittes Merkmal der Erfindung

Wenn die Dicke jedes Flansches an rechten und linken, oberen und unteren Stellen und die Flanschfußlänge d im Walzgut mittels eines Geräts zum Messen der Heißmaße im Bereich des Universalwalzwerks gemessen werden, lassen sich die Mitten abweichungsgrößen W nach folgenden Formeln bzw. Gleichungen ableiten:

W_OP = (d₁ - d₂)/2 (20)

W_DR = (d₃- d₄)/2 (21)

Eine Differenz in den Walzdrücken oder auch Abnahmen der oberen und unteren Flansche aufgrund von Asymme trie der Kaliberöffnungen zwischen den Walzen, durch eine Axialabweichung der Walzen hervorgerufen, kann als Hauptursache für eine solche Mittenabweichung beim Universalwalzen eines H-Profilstahls genannt werden.

Fig. 11 zeigt eine Beziehung zwischen Walzdruckdifferenzen zwischen den oberen und unteren Flanschen und Änderungsgrößen der Mittenabweichung für den Fall, in welchem zwischen den Seitenflächen der oberen und unteren Horizontalwalzen und den Ballen der Vertikalwalzen gebildete Kaliberöffnungen durch Axialverschiebung der Horizontalwalzen im Universalwalzwerk so geändert werden, daß sie relativ voneinander abweichen (auch die Walzdrücke von Steg und Flanschen werden verschiedentlich geändert), und zwar beim Auswalzen eines H-Profilstahls einer Steghöhe von 600 mm und einer Flanschbreite von 300 mm (Nennmaße).

Aus Fig. 11 geht hervor, daß die Walzdruckdifferenz zwischen den oberen und unteren Flanschen sowie die Änderungs größen der Mittenabweichung eine lineare Be ziehung zueinander zeigen; mit diesen Daten ist es möglich, die Neigung der Geraden dieser Beziehung mittels der Methode kleinster Quadrate zu bestimmen. Wenn dabei keine Differenz zwischen den Walzdrücken der (an den) oberen und unteren Flansche(n) vorhanden ist, ändert sich die Mittenabweichung nicht, weil sowohl die oberen als auch die unteren Flansche unter gleichen Bedingungen gewalzt werden. Die Beziehung zwischen der Walzdruckdifferenz zwischen den oberen und unteren Flanschen einerseits und der Änderungsgröße der Mittenab weichung andererseits kann daher durch eine durch den Ur sprungsort der Koordinaten verlaufende Gerade dargestellt werden. Wenn die Neigung dieser Geraden mit α und der Walzdruck der Flansche mit r bezeichnet werden, läßt sich die Änderungsgröße der Mittenabweichung ΔW wie folgt ausdrücken:

ΔW_OP = α(r₁ - r₂) (22)

ΔW_DR = α(r₃ - r₄) (23)

Da der tatsächliche bzw. Ist-Meßwert W der Mittenabwei chung nach den obigen Formeln (20) und (21) abgeleitet oder bestimmt werden kann, werden die Walzdrücke für die oberen und unteren, rechten und linken Flansche im nächsten Stich so ein gestellt, daß W + ΔW auf sowohl Arbeits- als auch Antriebs seite zu Null oder zu einem Zielwert wird.

Es gibt Fälle, in denen das Auswalzen unter solchen Be dingungen erfolgt, daß die Mittenabweichung nicht zu Null re duziert ist oder wird. Wenn nämlich die Kaliberöffnungen an den oberen und unteren, rechten und linken Stellen zwischen den Walzen sich beim Walzen der Flansche des Walzguts stark ändern, führen sie manchmal Formdefekte ein; zur Vermeidung dieses Problems kann der Zielwert für die Mittenabweichung in einem bestimmten Stich in manchen Fällen zu β(W + ΔW) (mit: 0 ≦ β ≦ 1) gemacht bzw. eingestellt werden.

Im folgenden ist die Bestimmung der Walzenkaliberöffnungen (Kaliberöffnungen an vier Stellen für das Reduzieren der Flansche), die durch die Horizontalwalzen und die Vertikal walzen in einem Walzwerk definiert sind, auf der Grundlage der Zielwalzdruckdifferenzen zwischen den oberen und unteren Flanschen beschrieben.

Wenn zunächst Δr_OP als ein Zielwert der Walzdruckdifferenz zwischen den oberen und unteren Flanschen an der Arbeitsseite (OP-Seite), Δr_DR als ein Zielwert der Walzdruckdifferenz zwischen den oberen und unteren Flanschen an der Antriebsseite (DR-Seite) und r_f als angestrebter oder Ziel-Walzdruck des nächsten Stichs, der entsprechend dem Walzplan vorbestimmt ist, vorausgesetzt werden, läßt sich die Beziehung zwischen der mittleren Flanschdicke t_m (augenblicklicher Stich) in den vier Positionen und der mittleren Flanschdicke T_m nach dem Auswalzen im nächsten Stich wie folgt ausdrücken:

t_m = (t₁ + t₂+ t₃ + t₄)/4 (24)

T_m = (T₁ + T₂ + T₃ + T₄)/4 (25)

T_m = (l - r_f) . t_m (26)

Zur Einstellung der Walzdruckdifferenz zwischen den oberen und unteren Flanschen auf Zielwerte müssen an Arbeits- und Antriebsseite die folgenden Gleichungen erfüllt sein:

(T₂/t₂) - (T₁/t₁) = Δr_OP (27)

(T₄/t₄) - (T₃/t₃) = Δr_DR (28)

Um weiterhin zu verhindern, daß sich die Flansche beim Auswalzen nach links oder rechts biegen bzw. krümmen, ist es nötig, die Walzdruckmittelwerte der oberen und unteren Flansche zwischen den rechten und linken Seiten auszugleichen.

Demzufolge gilt:

(T₁/t₁) + (T₂/t₂) = (T₃/t₃) + (T₄/t₄) (29)

Anhand der Formeln (19) bis (29) können mithin die Kali beröffnungen zwischen den Walzen T₁, T₂, T₃ und T₄ an vier Stellen im nächsten Stich auf der Grundlage der tatsächlich gemessenen Flanschdicken und der Ziel-Walzdruckdifferenzen zwischen den oberen und unteren Flanschen auf jeder Seite nach den folgenden Gleichungen bestimmt werden:

T₁ = t₁ . [l - r_f - {t₂ . Δr_OP + t₃ . (Δr_OP - Δr_DR)/2 + t₄ . (Δr_OP + Δr_DR)/2}/(t₁ + t₂ + t₃ + t₄) (30)

T₂ = t₂ . [l - r_f + {t₁ . Δr_OP + t₃ . (Δr_OP + Δr_DR)/2 + t₄ . (Δr_OP - Δr_DR)/2}/(t₁ + t₂ + t₃ + t₄)] (31)

T₃= t₃ . [l - r_f - {t₁ - (Δr_OP - Δr_DR)/2 - t₂ . (Δr_OP + Δr_DR)/2 - t₄ . Δr_DR}/(t₁ + t₂ + t₃ + t₄)] (32)

T₄ = t₄ . [l -r_f - {t₁ . (Δr_OP + Δr_DR)/2 - t₂ . (Δr_OP - Δr_DR)/2 + t₃ . Δr_DR}/(t₁ + t₂ + t₃ + t₄)] (33)

Da jedoch erfindungsgemäß die Walzdrücke an den rechten und linken, oberen und unteren Stellen auf verschiedene Größen eingestellt werden, um die Mittenabweichung beim Universal walzen zu steuern oder zu kontrollieren, kann es vorkommen, daß die resultierenden Dicken der Flansche an den vier Positionen voneinander verschieden sind. Bezüglich der Kaliberöffnungen zwischen den Walzen im nächsten Stich ist es nötig, eine Grenze für die Differenz zwischen der größten und der kleinsten Kali beröffnung zu setzen und eine den Grenzwert über steigenden Differenz so zu modifizieren, daß sie innerhalb des Grenzwertbereichs liegt.

Da angenommen werden kann, daß die Kaliberöffnungen zwischen den Walzen zum Auswalzzeitpunkt den Dicken der aus den Walzen austretenden Flansche gleich sind, können - sobald die Zieldicke jedes Flansches auf oben beschriebene Weise bestimmt ist - mittels der nachstehenden Gleichungen Größen einer Axialabweichung von oberen und unteren Horizon talwalzen relativ zueinander, eine Abweichung der Walzenöffnung zwischen rechten und linken Vertikalwalzen sowie eine Abweichung der Mittelposition der Kaliberöffnung zwischen den oberen und unteren Horizontalwalzen in bezug auf die Mittelposition der Vertikalwalzen-Ballen im Universal walzwerk berechnet werden:

T₀ = (T₁ + 3T₂ + T₃ - T₄)/4 (34)

ΔC (T₁ - T₂ + T₃ - T₄)/4 (35)

ΔH = ΔC/tanθ (36)

ΔT = {(T₁ - T₂) - (T₃ - T₄)}/2 (37)

ΔV = T₄ - T₂ (38)

Anhand der auf obige Weise erhaltenen Größen ΔC, ΔH, ΔT und ΔV sowie der in Verbindung mit dem zweiten Merkmal der Erfindung beschriebenen Formeln (11) bis (19) kann eine Vorgabe oder Sollgröße für die Kaliberöffnungen zwischen den jeweiligen Walzen bestimmt werden. Auf diese Weise können nicht nur die Dicken der Flansche an rechten und linken, oberen und unteren Stellen vergleichmäßigt, sondern auch die Mittenabweichung deutlich verkleinert werden.

Die erfindungsgemäße Wirkung kann ggf. mit einer einzigen Einstellung realisiert werden; da jedoch üblicherweise ein Streckwalzen in mehreren Auswalzvorgängen durch Hin- und Herführung des Walzguts durchgeführt wird, wird vorzugsweise die Einstellung zweimal oder öfter vorgenommen, um eine bessere Wirkung zu erzielen.

Fig. 12 zeigt schematisch eine Anordnung von Walzeinrich tungen, die bevorzugt zur Durchführung der Erfindung eingesetzt wird. Die Anordnung nach Fig. 12 umfaßt ein Vorwalzwerk 13, ein Universal-Streckwalzwerk 14, ein Stauchwalzwerk 15, ein Universal-Fertigwalzwerk 16, ein beispielhaft als an der Einlaufseite des Universal- Streckwalzwerks 14 angeordnet dargestelltes Instrument bzw. Meßgerät 17 zum Messen der Heiß- oder Warmmaße, eine Rechen vorrichtung 18 zum Berechnen von Kaliberöffnungen zwischen Walzen nach dem oben beschriebenen Prozeß auf der Grundlage der Dicken der Flansche an vier rechten und linken, oberen und unteren Stellen sowie in manchen Fällen der mittels des obigen Meßgeräts 17 gemessenen Fußlängen der Flansche und eine Vorrichtung 19 zum Einstellen der Kaliberöffnungen zwischen den Walzen des Universal-Streckwalzwerks 14. Die mittels der Rechenvorrichtung 18 gewonnenen Rechenergebnisse werden der Vorrichtung 19 eingegeben und addiert, um Größen der Kaliberöffnungen zwischen den Walzen für den nächsten Stich vorzugeben, bzw. zu solchen Vorgabegrößen addiert. Die Position jeder Walze wird auf der Grundlage der so gewonnenen Größe geändert.

Bei dem in Fig. 12 gezeigten Beispiel ist das (Warmmaß-) Meßgerät 17 an der stromauf gelegenen bzw. vorgeschalteten Seite (Wärmeofenseite) einer Universal-Streckwalzwerksgruppe aus dem Stauchwalzwerk oder -gerüst 15 und dem Universal- Streckwalzwerk oder -gerüst 14 angeordnet, doch kann das Meß gerät 17 auch an der Auslaufseite oder Stromabseite (nachge schalteten Seite) des Universal-Streckwalzwerks angeordnet sein, sofern nur die Dicken und die Fußlänge der Flansche nach dem Streckwalzen (bzw. Vorstich) genau gemessen werden können. Da ferner erfindungsgemäß vorgesehen ist, Asymmetrie in den Kaliberöffnungen zwischen den Walzen des Universalwalzwerks zu beseitigen, können ähnliche Bedingungen für das Auswalzen eines nachfolgenden Walzguts gültig sein. Wenn mithin die Ergebnisse des augenblicklichen Walzvorgangs für die Modifizierung der Kaliberöffnungen zwischen Walzen zum Walzen eines nachfolgenden Walzgutstücks benutzt werden, ist dies für die Verbesserung der Maßgenauigkeit des Walzguts günstig. Bezüglich eines zulässigen Bereichs für die Modifizierung der Kaliberöffnungen zwischen den Walzen bzw. Walzen-Kaliberöffnungen kann entsprechend dem Fortschreiten oder Ablauf der Walzstiche eine zweckmäßige, innerhalb des Bereichs des vorher beschriebenen Relaxationskoeffizienten liegende Größe herangezogen werden.

Bezüglich eines Mechanismus zum Verschieben der Horizon talwalzen eines Universalwalzwerks innerhalb eines Gehäuses oder Ständers desselben ist eine typische Methode im JP 3- 24301 U offenbart; der darin offenbarte oder ein beliebiger ähnlicher Mechanismus kann erfindungsgemäß verwendet werden.

Im folgenden sind spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Ausführungsbeispiel 1

An einem stranggegossenen Trägerrohling (Stahl der Klasse SS400) einer Steghöhe von 460 mm, einer Flanschbreite von 400 mm und einer Stegdicke von 120 mm wurde mittels der oben be schriebenen Einrichtungen gemäß Fig. 12 ein Warmwalzvorgang zur Herstellung eines H-Profilstahls einer Steghöhe von 600 mm und einer Flanschbreite von 300 mm (Nennmaße) durchgeführt, wobei die Genauigkeit der Flanschdicken im Laufe des Walzvorgangs untersucht wurde.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde eine Flanschdicke in einer Längs-Mittelposition des Walzguts während eines Stichs gemessen, nachdem das Walzgut durch Universalstreckwalzen (Vor stich) lange genug gewalzt worden war, um die Messungen vor nehmen zu können; danach wurden Korrekturen der Walzenposi tionen gemäß dem zweiten Merkmal der Erfindung vorgenommen. Die Meßergebnisse (Standardabweichung σ) wurden mit denen des herkömmlichen Verfahrens (ohne Korrektur der Walzenpositionen) verglichen. Die Standardabweichung betrug bei einem H-Profilstahl oder H-Stahlprofil einer Steghöhe von 600 mm, einer Flanschbreite von 300 mm, einer Stegdicke von 9 mm und einer Flanschdicke von 19 mm im Schnitt 0,28 beim herkömmlichen Verfahren und 0,11 beim erfindungsgemäßen Verfahren. Im Fall eines H-Profilstahls mit Steghöhe von 600 mm, Flanschbreite von 300 mm, Stegdicke von 12 mm und Flansch dicke von 19 mm im Schnitt betrug sie herkömmli cherweise 0,29 und erfindungsgemäß 0,13. Im Fall eines H- Profilstahls mit Steghöhe von 600 mm, Flanschbreite von 300 mm, Stegdicke von 12 mm und Flanschdicke von 25 mm im Schnitt betrug sie ferner 0,25 beim herkömmlichen Verfahren und erfindungsgemäß 0,12. In allen Fällen wurde festgestellt, daß Ungleichmäßigkeiten der Flanschdicken des H-Profilstahls verringert waren und die Maßgenauigkeit verbessert war, wenn das Auswalzen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgte.

Ausführungsbeispiel 2

An einem stranggegossenen Trägerrohling (Stahl der Klasse SS400) einer Steghöhe von 460 mm, einer Flanschbreite von 400 mm und einer Stegdicke von 120 mm wurde mittels der oben be schriebenen Einrichtungen gemäß Fig. 12 ein Warmwalzvorgang zur Herstellung eines H-Profilstahls einer Steghöhe von 600 mm und einer Flanschbreite von 300 mm (Nennmaße) durchgeführt, wobei die im Laufe des Auswalzens erreichten Zustände der Mitten abweichungen untersucht wurden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wurden Dicke und Fußlänge jedes Flansches in einer Längs-Mittelposition des Walzguts während eines Stichs gemessen, der durchgeführt wurde, nachdem das Walzgut in einem Universal-Streckwalzvorgang (Vorstich) lange genug gewalzt worden war, um gemessen werden zu können; hierauf erfolgten Korrekturen der Walzenpositionen gemäß dem dritten Merkmal der Erfindung. Die Meßergebnisse (Standard abweichung σ) wurden mit denen des herkömmlichen Verfahrens (ohne Korrekturen der Walzenpositionen) verglichen. Im Fall eines H-Profilstahls einer Steghöhe von 600 mm, einer Flansch breite von 300 mm, einer Stegdicke von 9 mm und einer Flansch dicke von 19 mm im Schnitt betrug die Standard abweichung 1,02 beim herkömmlichen Verfahren und 0,68 beim erfindungsgemäßen Verfahren. Bei einem H-Profilstahl einer Steghöhe von 600 mm, einer Flanschbreite von 300 mm, einer Stegdicke von 12 mm und einer Flanschdicke von 19 mm im Schnitt betrug sie zudem herkömmlicherweise 1,09 und erfindungsgemäß 0,52. Bei einem H-Profilstahl einer Steghöhe von 600 mm, einer Flanschbreite von 300 mm, einer Stegdicke von 12 mm und einer Flanschdicke von 25 mm im Schnitt betrug sie ferner 1,10 beim herkömmlichen Verfahren und 0,57 beim erfindungsgemäßen Verfahren. In allen Fällen wurde be stätigt, daß beim Auswalzen nach dem erfindungsgemäßen Ver fahren eine Mittenabweichung, die beim Warmwalzen eines H- Profilstahls unvermeidlich ist, außerordentlich stark unter drückt war und die Maßgenauigkeit verbessert werden konnte.

Claims

1. Verfahren zum Walzen eines H-Profilstahls, wobei ein mittels Vorwalzens grob- oder vorgeformter Walzblock mit einem Steg und oberen und unteren Flanschen zu einem Profilstahl eines H-förmigen Querschnitts geformt wird, indem er durch eine Walzanordnung mit einem Universal- Streckwalzwerk (14), bei dem Axialpositionen von Horizontalwalzen bei jedem Stich einstellbar sind, geführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Beziehung zwischen einer Walzdruckdifferenz zwischen den oberen und unteren Flanschen und einer Änderungsgröße der Mittenabweichung empirisch vorbestimmt wird,
daß die Dicke der rechten und linken oberen und unteren Flansche des vorgeformten Walzblocks sowie die Fußlänge jedes Flansches zur Ermittlung der Walzdruckdifferenz mittels eines in der Nähe des Universal-Streckwalzwerks (14) angeordneten Meßgeräts (17) zum Messen von Warmmaßen während des Walzens des vorgeformten Walzblocks gemessen wird,
daß die Mittenabweichungsgrößen der rechten und linken Flansche berechnet werden, um eine Ziel-Auslaufdicke für jeden Flansch im nächsten Stich zu bestimmen, die die Mittenabweichungen auf Null oder auf einen akzeptablen Wert verringern würden, wobei dabei die vorbestimmte Beziehung zwischen der Walzdruckdifferenz zwischen den oberen und unteren Flanschen und der Änderungsgröße der Mittenabweichung, der für den nächsten Stich angestrebte Walzdruck sowie die Bedingung, daß die durchschnittlichen Walzdrücke für die oberen und unteren Flansche an rechten und linken Seiten gleich groß sein sollen, berücksichtigt werden,
daß, basierend auf den zuvor ermittelten Ziel- Auslaufflanschdicken, die Größen der Axialverschiebung der oberen und unteren Horizontalwalzen relativ zueinander, die Abweichung der rechten und linken Vertikalwalzen voneinander sowie die Abweichung der Mittelposition einer Kaliberöffnung zwischen den oberen und unteren Horizontalwalzen in bezug auf die Mittelposition der Ballen der Vertikalwalzen berechnet werden,
daß die Stellung jeder Walze auf der Grundlage der so ermittelten Abweichungen eingestellt wird, um die Abweichungen zu beseitigen bzw. auf eine akzeptable Größe zu vermindern und
daß nach der Walzeneinstellung einer oder mehrere Walzstiche am vorgeformten Walzblock durchgeführt werden.