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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Walzvorrichtung für Stäbe und ein Verfahren zum Walzen
von Stäben unter
Einsatz einer solchen Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw.
3. Insbesondere betrifft die Erfindung Hochgeschwindigkeits-Walzvorrichtungen
für Stäbe, welche
eine einfache, unkomplizierte und hochgenaue Spannungskontrolle
ermöglichen.
Die Spannung wird an die Stäbe
zwischen einem Feinbearbeitungswalzwerk und einem Maßprägewalzwerk
stromabwärts
des Feinbearbeitungswalzwerks angelegt. Die Stäbe können verschiedene Formen aufweisen
und verstärkende
Drahtstäbe
umfassen.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Allgemein
werden Stäbe
durch Walzprozesse hergestellt, welche das Grobwalzen, Zwischenwalzen,
Feinwalzen durch ein Feinbearbeitungswalzwerk, das eine Anzahl an
Walzgerüsten
aufweist, und durch ein Maßprägewalzwerk,
das eine Anzahl an Walzgerüsten
umfasst, beinhalten.
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Bei
diesen Stabwalzverfahren muss die Zugspannung, die an die Stäbe zwischen
jedem Walzwerk angelegt wird, gesteuert werden, so dass während des
Walzens kein Brechen oder Knicken erfolgt. Eine genaue Zugspannungskontrolle
ist besonders beim Hochgeschwindigkeitswalzen erforderlich.
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Es
sind Verfahren zum Steuern der Spannung bekannt, bspw. ein Verfahren
zum Steuern des Motorstroms von Walzgerüsten, und ein anderes Verfahren
unter Einsatz einer Spannerraupe.
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Ein
Verfahren zum Steuern des Motorstromes von Walzgerüsten ist
bspw. in den japanischen Veröffentlichungen
57-72716 und 61-226108 offenbart. Bei diesem Verfahren wird der
Motorstrom, der für
die Steuerung der Walzgerüste
angelegt wird, so reguliert, dass der Motorstrom einen spannungslosen
Zustand liefert, wenn der Stab durch ein Walzgerüst eines nachfolgenden Prozesses
eingezogen wird. Der Motorstrom, der einen spannungslosen Zustand
liefern soll, wird erhalten, indem ein Stromwert gespeichert wird, bevor
das Walzgerüst
des nachfolgenden Prozesses mit dem Stab in Eingriff gelangt. Dieses
Verfahren wird "Stromspeicherverfahren" genannt.
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Es
ist jedoch sehr schwierig, ein Hochgeschwindigkeitswalzen durchzuführen, bei
dem das Stromspeicherverfahren angewendet wird. Wenn bspw. der Abstand
zwischen jedem Walzwerk 10 Meter beträgt und der Stab mit einer Geschwindigkeit von
100 m/s läuft,
muss der Strom zum Schaffen eines spannungslosen Zustands in weniger
als 0,1 s angelegt werden, was praktisch unmöglich zu erreichen ist.
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Ein
anderes bekanntes Verfahren stellt das "Drehmomentarm-Speicherverfahren" dar. Gemäß diesem
Verfahren wird die an die Stäbe
anzulegende Zugspannung von einem Drehmomentarmwert der Walzachse
erhalten, welcher von einem Walzdrehmoment erhalten wird, das wiederum
durch einen Stromwert erhalten wird, der gemäß dem Walzwiderstand variiert,
und von einer Walz-Reaktionskraft (tatsächlicher Wert), die durch einen
Detektor des Walzwerks zum Detektieren der Walzlast detektiert wird. Beim
Drehmomentarm-Speicherverfahren stellt eine Spannerraupe den Wert
des Drehmomentarms auf einen geeigneten Wert zum direkten Steuern
der Stangen-Zugspannung
ein.
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Bei
den Verfahren unter Einsatz einer Spannerraupe kann diese jedoch
nicht der Hochgeschwindigkeitsübertragung
eines Materials, wie bspw. einer Stange, zu Kontrollzwecken folgen,
da die Geschwindigkeit mehr als 100 Meter pro Sekunde beträgt.
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Darüber hinaus
ist es schwierig, einen Walzlastdetektor, der bei dem Drehmomentarm-Speicherverfahren
zum Einsatz kommt, bei einem Planeten-Querwalzwerk einzusetzen (welches
konische Walzen umfasst, welche sich drehen und umlaufen), das im
Allgemeinen zum Walzen von Stäben
eingesetzt wird. Es ist aufgrund der höheren Kosten schwierig, solche
Walzlastdetektoren zu verwenden, da für ihren Einsatz präzise Mess- und Kontrollverfahren
erforderlich sind.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Demgemäß ist es
eine Aufgabe der Erfindung, eine Walzvorrichtung anzugeben, welche
eine hochgenaue Spannungskontrolle durch lediglich sehr einfache
Verbesserungen an der Anlage erreichen kann.
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Es
ist auch eine Aufgabe der Erfindung, ein Walzverfahren anzugeben,
bei dem die Walzvorrichtung zum Einsatz kommt.
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Diese
Aufgaben werden durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und
3 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung kann auf eine Walzvorrichtung für Stäbe angewendet
werden, welche ein Maßprägewalzwerk
stromabwärts
eines Feinbearbeitungswalzwerks aufweist.
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Die
Walzvorrichtung kann eine Hochgeschwindigkeits-Walzvorrichtung sein,
welche die Stäbe
bspw. einer Geschwindigkeit von mindestens etwa 100 m/s transportiert.
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Diese
Erfindung wird durch Betrachtung des Verhältnisses der Motorleistung
zwischen einem Feinbearbeitungswalzwerk und einem Maßprägewalzwerk
erreicht. Eine hochgenaue Spannungskontrolle wird ermöglicht,
indem das Verhältnis
der Motorleistung verändert
wird, während
hierdurch hervorgerufene Probleme vermieden werden. Die Motorleistung
wird gemäß der Kapazität der elektrischen Einrichtungen
bestimmt, unter denen der Motor des am weitesten stromaufwärts gelegene
Maßprägewalzwerks
so ausgelegt ist, dass er weniger Leistung aufweist als der Motor
des Feinbearbeitungswalzwerks, so dass eine geringe Spannungsvariation
in eine große
Variation des elektrischen Stromes der Motoren umgewandelt werden
kann. Die hochgenaue Spannungssteuerung kann erfindungsgemäß ausgeführt werden,
indem ein Verfahren angewendet wird, gemäß dem der an einen Walzwerkmotor
angelegte Strom auf einen gewünschten
Wert geregelt wird.
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Eine
Vorrichtung zum Walzen von Stäben gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung umfasst ein Feinbearbeitungswalzwerk, einen Walzwerkmotor,
welcher das Feinbearbeitungswalzwerk antreibt, ein am weitesten
stromaufwärts gelegenes
Maßprägewalzwerk
stromabwärts
des Feinbearbeitungswalzwerks und einen Walzwerkmotor, welcher das
Feinbearbeitungswalzwerk antreibt. Bei der Walzvorrichtung genügen die
Motorleistung (Wf) für
das Feinbearbeitungswalzwerk und die Motorleistung (Ws) für das am
weitesten stromaufwärts gelegene
Maßprägewalzwerk
dem folgenden Ausdruck:
Wf/Ws ≥ 5.
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Ein
Verfahren zum Walzen von Stäben
gemäß einer
anderen beispielhaften Ausführungsform der
Erfindung unter Einsatz einer Walzvorrichtung, welche ein Feinbearbeitungswalzwerk
und einen zugeordneten Walzwerkmotor, und ein Maßprägewalzwerk stromabwärts des
Feinbearbeitungswalzwerks mit einem zugeordneten Walzwerkmotor aufweist. Die
Motorleistung (Wf) des Feinbearbeitungswalzwerks und die Motorleistung
(Ws) des am weitesten stromaufwärts
gelegenen Maßprägewalzwerks
genügen
der. folgenden Gleichung: Wf/Ws ≥ 5.
Das Verfahren zum Walzen von Stäben
umfasst das Steuern einer Zugspannung, die auf die Stäbe während des
Walzens ausgeübt
wird, durch Regeln des elektrischen Stromes, der dem Walzwerkmotor
zugeführt
wird, welcher das Maßprägewalzwerk
antreibt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm einer Stabwalzanlage; und
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2 ist
ein Graph, welcher in Abhängigkeit von
der Zugspannung das Verhältnis
zwischen dem Verhältnis
(Wf/Ws) der Motorleistung (Wf) des Feinbearbeitungswalzwerks und
der Motorleistung (Ws) des am weitesten stromaufwärts gelegenen
Maßprägewalzwerk
und dem Stromverhältnis
(RS) des Motors des am weitesten stromaufwärts gelegenen Maßprägewalzwerks
zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Walzen von Stäben umfassend
ein Maßprägewalzwerk
stromabwärts
eines Feinbearbeitungswalzwerks. Die vorliegende Erfindung wurde
als Ergebnis der Entdeckung gemacht, dass das Verhältnis der Motorleistung
(Wf) des Feinbearbeitungswalzwerks zur Motorleistung (Ws) des am
weitesten stromaufwärts
gelegenen Maßprägewalzwerks,
d.h. Wf/Ws, vorzugsweise größer oder
gleich fünf
ist.
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Wie
hierin beschrieben stellt der "Motor
des Feinbearbeitungswalzwerks" einen
Motor dar, welcher eine Anzahl an Walzgerüsten des Feinbearbeitungswalzwerks
antreibt. Darüber
hinaus treibt der "Motor
des am weitesten stromaufwärts
gelegenen Maßprägewalzwerks", wie hierin beschrieben,
eine Anzahl an Walzgerüsten
an, einschließlich
des am weitesten stromaufwärts
gelegenen Walzgerüsts, das
in den nachfolgenden Prozessen verwendet wird.
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Eine
exemplarische Ausführungsform
gemäß der Erfindung
wird nachstehend beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung auf
eine Vorrichtung zum Walzen von Stäben angewendet wird, welche eine
Stabwalzanlage, wie sie in 1 gezeigt
ist, umfasst.
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In
der in 1 gezeigten Stabwalzanlage wird ein Stab 1 durch
ein Feinbearbeitungswalzwerk 2 gewalzt, durch das Durchlaufen
einer ersten Wasserkühlzone 3 gekühlt und
durch ein am weitesten stromaufwärts
gelegenes Maßprägewalzwerk 4 einer Maßprägung unterzogen.
Dann wird der Stab 1 aufgrund des Durchtritts durch eine
zweite Wasserkühlungszone 3 auf
eine gewünschte
Temperatur abgekühlt
und durch eine Haspel aufgewickelt. Das Feinbearbeitungswalzwerk 2 wird
durch einen Walzwerkmotor 5 angetrieben, und das am weitesten
stromaufwärts
gelegene Maßprägewalzwerk 4 wird
von einem Walzwerkmotor 6 angetrieben.
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In
einer Position zwischen jedem Walzwerk wird eine Zugspannung auf
den Stab 1 ausgeübt,
um ein Brechen und Knicken des Stabs 1 zu vermieden, während der
Stab 1 gewalzt wird. Die Zugspannung variiert entsprechend
den Bedingungen, bspw. der Temperatur des Stabs 1.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung entdeckten, dass eine Zugspannungsvariation
zwischen dem Feinbearbeitungswalzwerk 2 und dem Maßprägewalzwerk 4 erzeugt
wird, und darüber
hinaus, dass diese Zugspannungsvariation die signifikanteste Ursache
des Brechens und Knickens von Stäben
ist.
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Die
Wahrscheinlichkeit für
das Brechen von Stäben
ist hoch, wenn die positive Zugspannung, die auf einen Stab zwischen
dem Feinbearbeitungswalzwerk und dem Maßprägewalzwerk ausgeübt wird, groß ist. D.h.,
ein Brechen tritt mit hoher Wahrscheinlichkeit auf, wenn eine Zugkraft
auf den Stab ausgeübt
wird. Wenn die Zugspannung groß ist,
nimmt der Strom des Motors des am weitesten stromaufwärts gelegenen
Maßprägewalzwerks
zu, während
der Strom des Motors des Feinbearbeitungswalzwerks sich nicht signifikant ändert. Deshalb
muss der Strom des Motors des am weitesten stromaufwärts gelegenen
Maßprägewalzwerks
so geregelt werden, dass er abnimmt, um einen solchen Bruch zu vermeiden.
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Das
Knicken von Stäben
tritt mit hoher Wahrscheinlichkeit dann auf, wenn eine Kompressionskraft
auf den Stab ausgeübt
wird. Wenn die negative Zugspannung groß ist im Vergleich zur erhöhten positiven
Zugspannung muss der Strom des Motors des am weitesten stromaufwärts gelegenen
Maßprägewalzwerks
so geregelt werden, dass er zunimmt, um ein solches Knicken zu vermeiden.
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Wie
vorstehend angemerkt, wird bei beispielhaften Ausführungsformen
der Erfindung vorzugsweise die folgende Gleichung erfüllt: Wf/Ws ≥ 5.
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Wenn
die Querschnittsfläche
eines Stabes abnimmt, nimmt auch ein entsprechender geeigneter Spannungswert
zunehmend ab, um sowohl ein Brechen als auch Knicken des Stabes
zu vermeiden. Deshalb weist ein Walzwerkstrom einen Minimalwert zum
Erhalten der geringstmöglichen
Zugspannung zum Vermeiden von Brechen und Knicken eines Stabs mit
der kleinsten Querschnittsgröße, die
praktisch erreichbar ist, auf.
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Die
niedrigste zulässige
Zugspannung zum Vermeiden sowohl eines Bruches als auch eines Knickens
eines Stabes eines Durchmesser von 5 mm oder mehr ist, empirisch
bekannt, im Bereich von +0,5 ± 0,1
kgf/mm2.
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2 zeigt
gemäß der Spannung
am Stab eines Durchmessers von 5,5 mm das Verhältnis zwischen einem Verhältnis (Wf/Ws)
der Leistung (Wf) des Feinbearbeitungswalzwerkmotors zur Leistung (Ws)
des Motors des am weitesten stromaufwärts gelegenen Maßprägewalzwerks,
und einem Stromverhältnis
(RS) des Motors des am weitesten stromaufwärts gelegenen Maßprägewalzwerks.
Das "Stromverhältnis" ist der Stromwert, wenn
die Zugspannung angelegt ist, minus der Stromwert, wenn keine Zugspannung
angelegt ist, dividiert durch den ins Verhältnis gesetzten Stromwert.
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Wenn
das Verhältnis
(Wf/Ws) der Motorleistung zunimmt, nimmt das Stromverhältnis (RS)
bei einem bestimmten Zugspannungswert weiter ab, wodurch ein Steuerbereich
des Stromverhältnisses (RS)
zum Regeln der Spannung erhöht
wird, wodurch die Regelung leichter wird. Das Motorleistungsverhältnis (Wf/Ws)
muss größer als
fünf sein, weil
das Stromverhältnis
vorzugsweise größer als 0,05
für eine
glatte Regelung des elektrischen Stroms ist.
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Die
vorstehend angegebene Tatsache ist auf den Fall anwendbar, gemäß dem der
Motor eines am weitesten stromabwärts gelegenen Maßprägewalzwerks
nur das am weitesten stromaufwärts
gelegene Walzgerüst
des Maßprägewalzwerks
antreibt, oder auch mehr als ein Walzgerüst, einschließlich des
am weitesten stromaufwärts
gelegenen Walzgerüsts
im Maßprägewalzwerk.
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Dieses
Merkmal der vorliegenden Erfindung wurde experimentell bestätigt, wie
in der Stabwalzanlage von 1 zu sehen
ist.
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Stromabwärts eines
Grobbearbeitungswalzwerks und eines Mittelbearbeitungswalzwerks
waren ein Feinbearbeitungswalzwerk mit zehn Walzwerkgerüsten, von
denen jedes zwei Walzen besaß,
eine erste Wasserkühlungszone,
ein Maßprägewalzwerk mit
drei Walzwerkgerüsten,
von denen jedes vier Walzen aufwies, und eine zweite Walzerkühlungs- zone
angeordnet. Ein Stab mit einem Durchmesser von 7 mm wurde gewalzt,
wobei ein Walzwerkmotor, der im am weitesten stromaufwärts gelegenen
Gerüst
enthalten war, vier Walzen eines der Walzwerkgerüste in dem am weitesten stromaufwärts gelegenen
Maßprägewalzwerk
antrieb, und das Motorleistungsverhältnis (Wf/Ws) war auf 11,5
(Wf = 6000 KW, Ws = 520 KW) eingestellt, um die Zugkraft im Bereich von
0,5 ± 0,1
kgf/mm2 zu regeln. Als Ergebnis davon konnte
das Stromverhältnis
(RS) des am weitesten stromaufwärts
gelegenen Maßprägewalzwerkmotors im
Bereich von 0,5 ± 0,1
liegen, wodurch ein Brechen oder Knicken des Stabes leicht vermieden
werden konnte, wobei die Häufigkeit
des Auftretens von Bruch und Knickungen gleich null war.
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Ein
Stab des gleichen Durchmessers von 7 mm wurde gewalzt, wobei das
Motorleistungsverhältnis
(Wf/Ws) auf 2,22 (Wf = 1000 KW, Ws = 450 KW) eingestellt war, um
die Zugkraft im Bereich von 0,5 ± 0,1 kgf/mm2 zu
regeln. Als Ergebnis davon betrug das Stromverhältnis (RS) 0,015 ± 0,005,
wobei ein Brechen und Knicken häufig
auftrat, und die Häufigkeit
des Auftretens von Bruch und Knickung betrug 10%.
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Als
Ergebnis des vorstehenden Experiments wurde herausgefunden, dass
eine hochgenaue Spannungskontrolle erreicht werden kann, indem die vorliegende
Erfindung auf ein Stabwalzwerk angewendet wird.