DE60122069T2

DE60122069T2 - Walzwerk mit Bandprofilerfassungseinrichtung und Bandprofilerfassungsverfahren

Info

Publication number: DE60122069T2
Application number: DE60122069T
Authority: DE
Inventors: Takashi Hitachi-shi Norikura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-08-07
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2021-02-28
Also published as: CN1201881C; EP1179374B1; US20020014099A1; CN1336259A; EP1688190B1; US6494071B2; KR100525335B1; DE60122069D1; EP1179374A2; KR20020012477A; JP2002045917A; EP1179374A3; TW516977B; DE60138497D1; EP1688190A1; JP3690971B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
INDUSTRIELLER ANWENDUNGSBEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft Walzwerkanlagen mit einer Bandform-Erfassungseinrichtung und insbesondere eine Walzwerkanlage mit einer Bandform-Erfassungseinrichtung mit zumindest entweder auf der Einlaßseite oder auf der Auslaßseite eines Metallbänder walzenden Walzgerüsts installierten Bandformerfassungsvorrichtungen, die eine Messung der Bandform unter Verwendung einer derartigen Bandform-Erfassungseinrichtung ermöglicht, eine hohe Produktivität aufweist und ideal zum Erhalt von Bändern mit ausgezeichneter Bandform geeignet ist (siehe beispielsweise die US-A-4512170).
STAND DER TECHNIK
Wie auf den Seiten 269–270 der vom Iron and Steel Institute of Japan veröffentlichten „Theory and Practice of Rolling" beschrieben, ist der herkömmlicher Weise am verbreitetsten verwendete Typ der Typ mit segmentierter Rolle, bei dem die Formerfassungsvorrichtungen zum Messen der Bandform nach dem Walzen der Metallbänder in der Bandform-Erfassungseinrichtung installiert sind, der Körperteil der Erfassungsrolle in Intervallen von ca. 50 mm segmentiert ist, die auf jeden der Ringe aufgebrachte Gewichtslast gemessen wird, anhand dessen die Zugverteilung berechnet wird und die Zugverteilung in die Bandform des Bands umgewandelt wird, wodurch die Bandform des Bands gemessen wird. Die Genauigkeit der Typen mit segmentierter Rolle ist hoch, da sie eine Messung der direkten Zugverteilung für jedes Ringsegment ermöglichen.
Bei den besagten herkömmlichen Technologien treten jedoch die folgenden Probleme auf.
Da bei der Bandformerfassungsvorrichtung des herkömmlichen Typs mit segmentierter Rolle der Körperteil der rotierenden Sensorrolle in mehrere Segmente unterteilt ist und die Vorrichtung eine komplizierte Konstruktion aufweist, bei der unterschiedliche Lastzellen für jedes Segment eingebaut sind, wird die Vorrichtung trotz der guten Erfassungsgenauigkeit extrem teuer. Zudem besteht wegen des Typs mit segmentierter Rolle bei jedem Segment die Gefahr eines Verkratzens oder Oberfläche des Bands und der nachteiligen Auswirkungen einer thermischen Verformung aufgrund einer Wärmeübertragung von dem Band.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Walzwerkanlage mit einer Bandform-Erfassungseinrichtung mit einer einfachen Konstruktion zu schaffen, unter deren Verwendung ein Messen der Bandform des Metallbands nach dem Walzen leicht möglich ist.
Die Aufgabe kann durch die Walzwerkanlage gemäß Anspruch 1 bzw. das Verfahren nach Anspruch 7 gelöst werden. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 6 beschreiben weitere Ausführungsformen der Erfindung.
Die Walzwerkanlage mit der erfindungsgemäßen Bandform-Erfassungseinrichtung hat zur Lösung der oben genannten Aufgabe den folgenden Aufbau.

(1) Zunächst umfaßt die Walzwerkanlage bei der vorliegenden Erfindung mindestens ein Walzgerüst mit einer oberen und einer unteren Arbeitswalze, durch die die Bänder gewalzt werden, und eine Bandform-Erfassungseinrichtung, in der eine Formerfassungsvorrichtung installiert ist, an zumindest entweder der Einlaß- oder der Auslaßseite des Walzgerüsts, wobei die Bandformerfassungsvorrichtung eine Rolle, auf die das Band aufgewickelt ist, mindestens zwei Lagerkästen auf einer Seite und vier Lagerkästen auf beiden Seiten, die jeweils an einem betriebsseitigen Endabschnitt und an einem antriebsseitigen Endabschnitt der Rolle vorgesehen sind und die Rolle frei drehbar halten, und mindestens zwei Lastzellen auf einer Seite oder vier Lastzellen auf beiden Seiten umfaßt und die Lastzellen jeweils auf den Lagerkästen vorgesehen sind und die auf jeden Lagerkasten aufgebrachte auf Traglast messen können.

Durch die Konstruktion einer derartigen Bandformerfassungsvorrichtung mit einer Rolle, zwei Lagerkästen auf einer Seite oder vier Lagerkästen auf beiden Seiten und zwei Lastzellen auf einer Seite oder vier Lastzellen auf beiden Seiten können die Zugverteilung des Bands anhand der von den Lastzellen gemessenen Lastwerte berechnet, die Zugverteilung in die Bandform des Bands umgewandelt und so die Bandform des Bands indirekt gemessen werden, wodurch ein leichtes Messen der Bandform des Metallbands nach dem Walzen mittels einer einfachen Konstruktion möglich wird.
Da die Rolle zudem eine nicht segmentierte rolle mit einstückiger Konstruktion ist, tritt nicht das Problem auf, daß Kratzer auf der Oberfläche des Bands verursacht werden, und es treten auch keine nachteiligen Auswirkungen einer thermischen Verformung aufgrund einer Wärmeübertragung von dem Band auf, wodurch die Haltbarkeit verbessert wird.

(2) Bei dem vorstehend ausgeführten Punkt (1) weist die Bandform-Erfassungseinrichtung vorzugsweise zusätzlich eine Einrich tung zur Berechnung der Zugverteilung des Bands anhand der von den Lastzellen der Bandformerfassungsvorrichtung gemessenen Lastwerte und zur Umwandlung der Zugverteilung in die Bandform des Bands auf.

Dadurch kann die Berechnung der Bandform nach dem Messen der Lastwerte automatisch und unverzüglich ausgeführt werden.

(3) Bei dem vorstehend ausgeführten Punkt (2) wandelt die Einrichtung zur Berechnung der Bandform des Bands ferner vorzugsweise die von den beiden in den Lagerkästen am betriebsseitigen Endabschnitt des Bandformdetektors vorgesehenen Lastzellen gemessene Last in die Bandform der betriebsseitigen Hälfte des Bands und die von den beiden in den Lagerkästen am antriebsseitigen Endabschnitt des Bandformdetektors vorgesehenen Lastzellen gemessene Last in die Bandform der antriebsseitigen Hälfte des Bands um.

Dadurch kann die Form des gesamten Bandform berechnet werden.

(4) Bei dem vorstehend ausgeführten Punkt (1) weisen die jeweils auf den beiden Lagerkästen auf jeder Seite vorgesehenen Bandformerfassungsvorrichtungen ferner vorzugsweise zusätzlich eine Einrichtung zum Aufbringen einer Vorlast in der Richtung der Traglast auf den Lagerkasten auf einem der Lagerkästen unter den beiden Lagerkästen auf jeder Seite auf.

Aus diesem Grund kann die Last unter Verwendung der Lastzellen mit hoher Genauigkeit gemessen werden, da es möglich wird, den Spalt zwischen dem Lagerkasten und der Lastzelle zu beseitigen.

(5) Bei dem vorstehend ausgeführten Punkt (1) weist die Formerfassungseinrichtung vorzugsweise zusätzlich eine Kantenlageer fassungsvorrichtung, die die Größenordnung der Mäanderbewegungen des Bands erfaßt, und eine Einrichtung auf, die nicht nur den betriebsseitigen Plattenbreitenbereich und den antriebsseitigen Plattenbreitenbereich entsprechend dem erfaßten Wert von dieser Kantenlageerfassungsvorrichtung berechnet, sondern auch die von den beiden an den Lagerkästen (9A) am betriebsseitigen Endabschnitt der Formerfassungsvorrichtung vorgesehenen Lastzellen gemessene Last in die Bandform des Plattenbreitenbereichs des Bands auf der Betriebsseite und die von den beiden an den Lagerkästen am antriebsseitigen Endabschnitt der Bandformerfassungsvorrichtung vorgesehenen Lastzellen gemessene Last in die Bandform des Plattenbreitenbereichs des Bands auf der Antriebsseite umwandelt.

Aus diesem Grund kann die Form durch Kompensieren der Mäanderbewegung selbst dann erfaßt werden, wenn eine Mäanderbewegung der Platte auftritt.

(6) Bei dem vorstehend ausgeführten Punkt (1) weist die Bandform-Erfassungseinrichtung vorzugsweise zusätzlich eine Verlagerungsmeßeinrichtung, die an mindestens einer Position der Rolle der Bandformerfassungsvorrichtung die Verlagerung der Rollenoberfläche in der Zughalterichtung mißt, und eine Einrichtung zum Berechnen der Zugverteilung des Bands anhand der von den Lastzellen der Bandformerfassungsvorrichtung gemessenen Last und der von der Verlagerungsmeßeinrichtung gemessenen Werte und zum Umwandeln der Zugverteilung in die Bandform des Bands auf.

Aus diesem Grund können zusätzlich zu Formen mit Wölbungen in der Mitte und an den Kanten Formen mit kombinierten Wölbungen erfaßt werden.

(7) Bei dem vorstehend ausgeführten Punkt (1) weist die Walzwerkanlage vorzugsweise eine Steuereinrichtung auf, die eine derartige Rückführsteuerung der Bandformsteuereinrichtung des Walzgerüsts ausführt, daß die Differenz zwischen der von der Bandformerfassungsvorrichtung gemessenen Form auf der Auslaßseite der Walzwerkanlage und der vorab eingestellten Sollbandform klein wird.

Aus diesem Grund können die Beschleunigungsrate zu Beginn des Walzvorgangs und ebenso die Effizienz der Produktion erhöht werden, da die Häufigkeit der Banderschöpfung verringert wird.

(8) Ferner umfaßt die Walzwerkanlage erfindungsgemäß mindestens ein Walzgerüst mit einer oberen und einer unteren Arbeitswalze, durch die die Bänder gewalzt werden, und eine Bandform-Erfassungseinrichtung, in der zumindest entweder auf der Einlaß- oder auf der Auslaßseite des Walzgerüsts eine Formerfassungsvorrichtung installiert ist, wobei die Bandformerfassungsvorrichtung eine Rolle, auf die das Metallband aufgewickelt ist, und mindestens zwei Lagerkästen auf einer Seite und vier Lagerkästen auf beiden Seiten aufweist, die jeweils an einem betriebsseitigen Endabschnitt und dem antriebsseitigen Endabschnitt der Rolle vorgesehen sind und die Rolle frei drehbar halten, und die Bandform-Erfassungseinrichtung die auf die Lagerkästen der Bandformerfassungsvorrichtungen einwirkende Traglast und das Haltemoment mißt, anhand der gemessenen Werte die Zugverteilung des Bands berechnet und die Zugverteilung in die Bandform des Bands umwandelt.

Aus diesem Grund kann die Zugverteilung des Bands berechnet werden, um die Zugverteilung in die Bandform des Bands umzuwandeln, wodurch die Bandform des Bands indirekt gemessen wird und damit die Bandform des Metallbands nach dem Walzen mit einer einfachen Konstruktion leicht gemessen werden kann.
Da die Rolle eine nicht segmentierte, einstückig konstruierte Rolle ist, tritt zudem nicht das Problem auf, daß Kratzer auf der Oberfläche des Bands erzeugt werden, und es gibt auch keine nachteiligen Auswirkungen einer thermischen Verformung aufgrund einer Wärmeübertragung von dem Band, wodurch die Haltbarkeit verbessert wird.

(9) Ferner umfaßt die Walzwerkanlage erfindungsgemäß mindestens ein Walzgerüst mit einer oberen und einer unteren Arbeitswalze, durch die die Bänder gewalzt werden, und eine Bandform-Erfassungseinrichtung, in der zumindest entweder auf der Einlaß- oder auf der Auslaßseite des Walzgerüsts eine Bandformerfassungsvorrichtung installiert ist, wobei die Bandformerfassungsvorrichtung eine Rolle, auf die das Metallband aufgewickelt ist, und mindestens zwei Lagerkästen auf einer Seite und vier Lagerkästen auf beiden Seiten aufweist, die jeweils an dem betriebsseitigen Endabschnitt und dem antriebsseitigen Endabschnitt der Rolle vorgesehen sind und die Rolle frei drehbar halten, und die Bandform-Erfassungseinrichtung die Zugverteilung des Bands unter Verwendung einer Funktion in der Richtung der Plattenbreite mit mehreren unbekannten Koeffizienten annähert, die der Anzahl der unbekannten Koeffizienten entsprechende Anzahl an Parametern unter den Parametern Traglast der Lagerkästen, auf die Lagerkästen einwirkendes Haltemoment, Ablenkung der Rolle, Ablenkwinkel der Rolle und/oder Biegespannung der Rolle mißt, anhand der gemessenen Werte die der Anzahl der unbekannten Koeffizienten entsprechende Anzahl an Zustandsgleichungen erstellt, die un bekannten Koeffizienten und die Zugverteilung der Bänder berechnet und die Zugverteilung in die Bandform des Bands umwandelt.

Aus diesem Grund können die Zugverteilung des Bands berechnet, die Zugverteilung in die Bandform des Bands umgewandelt, so indirekt die Bandform des Bands gemessen und damit die Bandform des Metallbands nach dem Walzen mittels einer einfachen Konstruktion leicht gemessen werden.
Da die Rolle eine nicht segmentierte Rolle mit einstückiger Konstruktion ist, tritt zudem nicht das Problem auf, daß Kratzer auf der Oberfläche des Bands erzeugt werden, und es treten auch keine nachteiligen Auswirkungen einer thermischen Verformung aufgrund einer Wärmeübertragung von dem Band auf, wodurch die Haltbarkeit verbessert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Vorderansicht einer Walzwerkanlage mit einer Formerfassungseinrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in 1;
3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in 2;
4 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Zugverteilung des Bands und der Auflagerreaktionskraft und dem Haltemoment am Rollenhaltepunkt;
5 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Annäherungsgleichung der Zugverteilung des Bands;
6 ist eine Ansicht, die die Walzwerkanlage mit einer Bandform-Erfassungseinrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einiger funktionaler Blöcke zeigt;
7 ist eine Seitenansicht der wesentlichen Abschnitte der Bandform-Erfassungseinrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine 2 ähnliche Seitenansicht der Formerfassungseinrichtung gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Annäherungsgleichung der Zugverteilung des Bands;
10 ist eine 2 ähnliche Seitenansicht der Formerfassungseinrichtung gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 ist eine Ansicht, die eine Walzwerkanlage mit einer Bandform-Erfassungseinrichtung gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einiger funktionaler Blöcke zeigt; und
12 ist eine Ansicht, die eine Walzwerkanlage mit einer Bandform-Erfassungseinrichtung gemäß einer siebten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einiger funktionaler Blöcke zeigt.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zunächst wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 die erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Gemäß 1 besteht die Walzwerkanlage mit einer Bandform-Erfassungseinrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus einem Walzgerüst 4 mit einer oberen und einer unteren Arbeitswalze 2 und 3, die das Band 1 walzen, und den Aufnahme- und Zufuhrwalzen 7 und 8, die auf der Einlaß- und der Auslaßseite des Walzgerüsts 4 angeordnet sind. Das Walzgerüst 4 ist ein Reversierwalzgerüst, bei dem das Band 1, das der von der Aufnahme- und Zufuhrwalze 7 zum Walzen entnommene Werkstoff ist, von den Arbeitswalzen 2 und 3 des Walzgerüsts 4 gewalzt und anschließend von der Aufnahme- und Zufuhrwalze 8 aufgenommen wird. Die Formerfassungsvorrichtungen 5 und 6 wurden zwischen den Aufnahme- und Zufuhrwalzen 7 und 8 auf der Einlaß- und der Auslaßseite des Walzgerüsts 4 installiert. Die Formerfassungsvorrichtungen 5 und 6 bilden die Bandform-Erfassungseinrichtung, die die vorliegende bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft, und beide Vorrichtungen weisen den gleichen Aufbau auf.
Die Einzelheiten der Formerfassungsvorrichtung 5 sind in den 2 und 3 gezeigt. Die Formerfassungsvorrichtung 5 weist eine Rolle 14, um die das Band 1 teilweise (in einem bestimmten Winkel) gewickelt ist, jeweils zwei Lagerkästen auf einer Seite bei insgesamt vier Lagerkästen 9A, 10A, 9B, 10B auf beiden Seiten des betriebsseitigen Endabschnitts und des antriebsseitigen Endabschnitts der Rolle 14, die (in der Figur nicht gezeigte) Lager enthalten, die die Rolle frei drehbar halten, und Lastzellen 11A, 12A, 11B, 12B auf, die auf den Lastoberflächen der Lagerkästen 9A, 10A, 9B, 10B vorgesehen sind, wobei zwei Lastzellen auf einer Seite oder vier Lastzellen auf beiden Seiten die Traglast jedes Lagers messen und Rahmen 13A und 13B die Lastzellen 11A, 12A, 11B, 12B halten.
Hierbei halten die Lastzellen 11A und 11B die unteren Flächen der inneren Lagerkästen 9A und 9B, nutzen sie sie als Lastoberflächen und werden von den Rahmen 13A und 13B gehalten, während die Lastzellen 12A und 12B die oberen Oberflächen der äußeren Lagerkästen 10A und 10B halten, sie als Lastoberflächen nutzen und auf der Oberseite von den Rahmen 13A und 13B gehalten werden, und die Lastzellen 11A, 12A, 11B und 12B und die Rahmen 13A und 13B fungieren als fester Haltepunkt, der die beiden Enden der Rolle 14 hält.
Das Formerfassungsverfahren, bei dem die Formerfassungsvorrichtungen 5 und 6 verwendet werden, wird nachstehend beschrieben.
Gemäß 4 steht das Band 1 in einem bestimmten Winkel mit der Rolle in Kontakt, und die Zugkraft des Bands 1 wirkt auf die Rolle 14 ein. Da die Lastzellen 11A, 12A, 11B und 12B und die Rahmen 13A und 13B zu diesem Zeitpunkt, wie vorstehend erwähnt, als fester Haltepunkt fungieren, der die beiden Enden der Rolle 14 hält, wirken die Auflagerreaktionskräfte Fa und Fb der inneren Lastzellen 11A und 11B und der Rahmen 13A und 13B nach oben auf die beiden Enden der Rolle 14 ein, und die Auflagerreaktionskräfte Qa und Qb der äußeren Lastzellen 12A und 12B und die Rahmen 13A und 13B wirken nach unten. Die Auflagerreaktionskräfte Fa, Fb, Qa und Qb werden von den Lastzellen 11A, 12A, 11B und 12B jeweils als vertikale Lasten erfaßt.
Ferner wirken das Haltemoment Ma aufgrund der Lastzellen 11A und 12A und des Rahmens 13A und das Haltemoment Mb auf grund der Lastzellen 11B und 12B und des Rahmens 13B auf die beiden Enden der Rolle 14 ein, und wenn die Abstände zwischen den Lastzellen 11A und 12A und zwischen den Lastzellen 11B und 12B durch L bezeichnet werden, sind die jeweiligen Haltemomente durch die folgenden Gleichungen gegeben: Ma = L·(Fa – Qa) Mb = L·(Fb – Qb)
Die Zugverteilung des Bands 1 wird aufgrund der Balkenwaagenwirkung durch die Auflagerreaktionskräfte Fa und Fb und die Haltemomente Ma und Mb ausgeglichen.
Konzeptuell hat die Zugverteilung in der Mitte der Platte einen niedrigen und an den Kanten einen hohen Wert, wodurch sich eine konkave Verteilung ergibt, wenn die Auflagerreaktionskräfte Fa und Fb den gleichen Wert aufweisen und das Band 1 die in 4(a) gezeigte, in der Mitte gewölbte Form hat. Hat das Band 1 eine flache Form, wie in 4(b) gezeigt, ist die Zugverteilung eine flache Verteilung. In diesem Fall haben die anhand der gemessenen Auflagerreaktionskräfte Fa, Fb, Qa und Qb berechneten Haltemomente Ma und Mb mittlere Werte. Wenn das Band 1 eine an den Kanten gewölbte Form aufweist, wie in 4(c) gezeigt, weist die Zugverteilung in der Mitte der Platte einen hohen Wert und an den Kanten niedrige Werte auf, womit es eine konvexe Verteilung aufweist. In diesem Fall weisen die anhand der gemessenen Auflagerreaktionskräfte Fa, Fb, Qa und Qb berechneten Haltemomente Ma und Mb hohe Werte auf.
Zum Zeitpunkt der Berechnung der Bandform wird die Zugverteilung, wie beispielsweise in 5 gezeigt, durch die Gleichung zweiter Ordnung σ(x) = α·x² + β angenähert. In diesem Fall ist die Zugverteilung am Mittelpunkt der Rolle 14 in einen linken und einen rechten Teil unterteilt, und die Zugverteilungen auf den Seiten wer den jeweils durch die Gleichungen zweiter Ordnung σ(x) = αa·x² + βa (die gemäß der Figur rechte Hälfte) und σ(x) = αb·x² + βb (die gemäß der Figur linke Hälfte) angenähert. Die zu ermittelnden unbekannten Koeffizienten sind zwei auf jeder Seite und insgesamt vier, und es existieren die Koeffizienten αa, βa, αb und βb. Die beiden unbekannten Koeffizienten auf jeder Seite werden anhand der beiden simultanen Gleichungen der Gleichung für den Kraftausgleich in vertikaler Richtung und der Zustandsgleichung des Balkenablenkwinkels 0 des festen Haltepunktabschnitts ermittelt. Hierbei ist die Gleichung für den Kraftausgleich in vertikaler Richtung die Gleichung für den Ausgleich zwischen der vertikalen Last auf der Grundlage der anhand von σ(x) = αa·x² + βa (für die gemäß der Figur rechte Hälfte) und σ(x) = αb·x² + βb (für die gemäß der Figur linke Hälfte) berechneten Zugverteilung und der Auflagerreaktionskräfte Fa, Fb, Qa und Qb und der Zustandsgleichung des Balkenablenkwinkels 0 der Gleichung des festen Haltepunktabschnitts für den Ausgleich zwischen dem anhand der vertikalen Last der Zugverteilung berechneten Haltemoment und dem Haltemoment Ma.
Die Ergebnisse der Berechnungen sind nachstehend aufgeführt. Die Berechnung wird anhand der Zugverteilung in der gemäß 5 rechten Hälfte ausgeführt. αa = (15Fa·(3C2 – A2) – 90C·Ma)/(4A5) (1) βa = (Fa·(27A2 – 45C2) – 90C·Ma)/(12A3) (2)
Anders ausgedrückt können durch Messen der Haltepunktreaktionskräfte Fa und Qa und Berechnen des Haltemoments Ma die unbekannten Koeffizienten αa und βa anhand der oben aufgeführten Gleichungen ermittelt werden, um so die Zugverteilung zu berechnen. Auf ähnliche Weise können auch für die gemäß 5 linke Hälfte durch Messen der Haltepunktreaktionskräfte Fb und Qb und Be rechnen des Haltemoments Mb die unbekannten Koeffizienten ab und βb anhand der vorstehenden Gleichungen ermittelt werden, wodurch die Zugverteilung berechnet wird.
Ferner erfolgt die Umwandlung der Zugverteilung in die Form unter Verwendung der folgenden Gleichung. Hier bezeichnet Δσ(x) die Abweichung vom minimalen Wert der Zugverteilung und E die elastische Konstante des Bands. Bandform (I – Einheit) = (Δσ(x)·105)/E (3)
Bei der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können unter Verwendung der Formerfassungsvorrichtungen 5 und 6, die einen einfachen Aufbau aufweisen, die den in 5 gezeigten Zugverteilungen entsprechenden in der Mitte und an den Kanten gewölbten Formen erfaßt werden.
Da die Rolle eine nicht segmentierte Rolle mit einstückiger Konstruktion ist, tritt zudem nicht das Problem auf, daß Kratzer auf der Oberfläche des Bands verursacht werden, und ebenso treten keine nachteiligen Auswirkungen einer thermischen Verformung aufgrund einer Wärmeübertragung vom Band auf, wodurch die Haltbarkeit verbessert wird.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 6 gezeigt. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird der Prozeß der Berechnung der Form anhand der von den Formerfassungsvorrichtungen 5 und 6 erfaßten Last von einem Computer ausgeführt.
Gemäß 6 umfaßt die Formerfassungseinrichtung bei der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform zusätzlich zu den Formerfassungsvorrichtungen 5 und 6 einen Computer 100, der einen Lasterfassungsabschnitt 30, einen Abschnitt 31 zur Berechnung der Zugverteilung, einen Abschnitt 32 zur Berechnung der Bandform und einen Bildschirmanzeigeabschnitt 33 aufweist.
Der Lasterfassungsabschnitt 30 empfängt den Eingang der Erfassungssignale von den Formerfassungsvorrichtungen 5 und 6 und berechnet die Auflagerreaktionskräfte Fa, Fb, Qa und Qb.
Der Abschnitt 31 zur Berechnung der Zugverteilung berechnet die unbekannten Koeffizienten αa, βa, αb und βb anhand der vom Lasterfassungsabschnitt 30 ermittelten Auflagerreaktionskräfte unter Verwendung der oben aufgeführten Gleichungen (1) und (2) und ermittelt die Zugverteilungsannäherungsfunktionen σ(x) = αa·x² + βa und σ(x) = αb·x² + βb.
Der Abschnitt 32 zur Berechnung der Bandform berechnet die Bandform I-Einheit unter Verwendung der oben aufgeführten Gleichung (3) anhand der vom Abschnitt 31 zur Berechnung der Zugverteilung ermittelten Zugverteilungsannäherungsfunktionen σ(x) = αa·x² + βa und σ(x) = αb·x² + βb.
Der Bildschirmanzeigeabschnitt 33 zeigt die vom Abschnitt 32 zur Berechnung der Bandform berechnete Bandform an.
Bei der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Erfassung und Berechnung der den Zugverteilungen gemäß 5 entsprechenden, in der Mitte und an den Kanten gewölbten Formen automatisch und unverzüglich ausgeführt werden.
Eine dritte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 7 gezeigt. Die bevorzugte Ausführungsform ist eine, bei der das Spiel des Halteabschnitts eliminiert wird.
Gemäß 7 umfaßt die Formerfassungseinrichtung gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform eine Formerfassungsvorrichtung 25, und die Formerfassungsvorrichtung 25 umfaßt den Rahmen 13A, der die Lastzellen 11A und 11B im betriebsseitigen Endabschnitt der Rolle 14 hält, Bolzen 16A und 17A, die mittels Schrauben mit dem Rahmen 13A verbunden sind, und die Platte 15A, die von den Bolzen 16A und 17A gegen die Lastzelle 12A gedrückt wird, wobei durch Anziehen der Bolzen 16A und 17A über die Platte 15A eine Vorbelastung in der Haltelastrichtung auf die Lastzelle 12A aufgebracht wird. Auch der antriebsseitige Endabschnitt der Rolle 14 in der Formerfassungsvorrichtung 25 weist eine ähnliche Konstruktion auf. Ferner entspricht die Formerfassungsvorrichtung 25 der Formerfassungsvorrichtung 5 gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und es ist auch möglich, die Formerfassungsvorrichtung 6 ähnlich zu konstruieren und anzugleichen.
Da die Spalten der Lagerkästen 9A und 10A, der Lastzellen 11A und 12A und des Rahmens bei dieser bevorzugten Ausführungsform auf null eingestellt werden können, ist es möglich, die Belastung der Lastzellen 11A und 12A mit hoher Genauigkeit zu messen.
Eine vierte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben.
Gemäß 8 umfaßt die Formerfassungseinrichtung gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform eine Formerfassungsvorrichtung 35, und die Formerfassungsvorrichtung 35 weist einen auf der Unterseite des Mittelpunkts der Rolle 14 vorgesehenen Spaltsensor 18 auf, wobei die Ablenkung des Mittelpunkts der Rolle 14 von dem Spaltsensor 18 erfaßt wird.
Bei der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform wird die Zugverteilung, wie in 9 gezeigt, durch die Funktion zweiter Ordnung σ(x) = αb·(x – β)² + γ angenähert, und in diesem Fall sind die sowohl auf der linken als auch auf der rechten Seite zu ermittelnden, unbekannten Koeffizienten α, β und γ, wodurch insgesamt 6 Koeffizienten vorliegen. Die drei unbekannten Koeffizienten auf jeder Seite werden unter Verwendung von insgesamt drei simultanen Gleichungen ermittelt, die zusätzlich zu der Gleichung für den Kraftausgleich in vertikaler Richtung und der Zustandsgleichung des Balkenablenkungswinkels 0 des festen Haltepunktabschnitts aus der Gleichung zur Berechnung der Ablenkung des Mittelpunkts der Rolle 14 bestehen. Anders ausgedrückt werden die Werte der Koeffizienten α, β und γ für die in 9 gezeigte rechte Hälfte durch Messen der Auflagerreaktionskräfte Fa und Qa, Berechnen des Haltemoments Ma und ebenso Messen des Ausmaßes der Abweichung des Mittelpunkts der Rolle ermittelt, worauf die Zugverteilung berechnet wird. Auf ähnliche Weise werden auch für die linke Hälfte Fb und Qb gemessen, das Halteelement Mb berechnet und ebenso das Ausmaß der Ablenkung des Mittelpunkts der Rolle gemessen, worauf die Zugverteilung berechnet wird.
Bei der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können zusätzlich zu den der Zugverteilung gemäß 9 entsprechenden, in der Mitte und an den Kanten gewölbten Formen kombinierte gewölbte Formen erfaßt werden.
Ferner werden, ähnlich wie bei der in 6 gezeigten bevorzugten Ausführungsform, auch bei dieser bevorzugten Ausführungsform vorzugsweise unter Verwendung eines Computers die unterschiedlichen Berechnungen ausgeführt und die Bandform angezeigt.
Überdies wurden bei den bisher beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen Beispiele angeführt, bei denen die Zugverteilung des Bands unter Verwendung einer Funktion zweiter Ordnung in der Richtung der Plattenbreite mit zwei oder drei unbekannten Koeffizien ten angenähert wurde. Es ist jedoch möglich, diese Annäherung unter Verwendung einer Funktion in der Richtung der Plattenbreite auszuführen, die eine höhere Anzahl an unbekannten Koeffizienten aufweist, jeden der Parameter Auflagerreaktionskraft, Haltemoment, Ausmaß der Ablenkung der Rolle, Ablenkwinkel der Rolle und Rollenbiegespannung zu messen, wobei die Anzahl der Parameter der Anzahl der unbekannten Koeffizienten entspricht, Zustandsgleichungen zu erstellen, deren Anzahl der Anzahl der unbekannten Parameter entspricht, diese Gleichungen als simultane Gleichungen zu lösen und die unbekannten Koeffizienten zu bestimmen sowie die Zugverteilung zu berechnen und die Zugverteilung in die Bandform des Bands umzuwandeln. Die Erfassungsgenauigkeit nimmt zu, wenn die Anzahl der unbekannten Koeffizienten erhöht wird.
Die für diesen Fall bevorzugte Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 10 als fünfte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Gemäß 10 umfaßt die Formerfassungseinrichtung gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform eine Formerfassungsvorrichtung 45, und die Formerfassungsvorrichtung 45 umfaßt Lagerkästen 9A und 9B auf dem betriebsseitigen Endabschnitt und dem antriebsseitigen Endabschnitt der Rolle 14, wobei sich einer auf einer Seite oder zwei an beiden Seiten befinden, und den Lagerkästen entsprechende Lastzellen 11A und 11B, von denen sich eine auf einer Seite oder zwei auf beiden Seiten befinden. Zudem ist auf der Unterseite des Mittelpunkts der Rolle 14 ein Spaltsensor 18 vorgesehen, und die Ablenkung des Mittelpunkts der Rolle 14 wird von dem Spaltsensor 18 erfaßt. Ferner sind an beiden Enden der Rolle 14 verlängerte Rollenwellenteile 14A und 14B vorgesehen, die um eine bestimmte Länge über die Lagerkästen 9A und 9B hinausragen, auf der Unterseite der verlängerten Rollenwellenteile 14A und 14B sind Spaltsensoren 19A und 19B vorgesehen, und die Ablenkwinkel der beiden Enden der Rolle 14 werden durch die Erfassung des Ausmaßes der Ablenkung der Endteile der verlängerten Rollenwellenteile 14A und 14B unter Verwendung der Spaltsensoren 19A und 19B gemessen. Ferner ist die Rolle 14 hohl gefertigt, und am Mittelpunkt der Innenwand der hohlen Rolle ist ein Verzerrungsmeßgerät 20 installiert, das verwendet wird, um die Biegebelastung am Mittelpunkt der Rolle zu messen. Die Statuswerte, deren Anzahl der Anzahl der unbekannten Koeffizienten entspricht, werden unter Verwendung dieser Sensoren gemessen, und durch Erstellen der Zustandsgleichungen, deren Anzahl der Anzahl der unbekannten Parameter entspricht, kann die Bandform des Bands, wie vorstehend erläutert, mit hoher Genauigkeit berechnet werden.
Eine sechste, bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 11 beschrieben.
Gemäß 11 umfaßt die Formerfassungseinrichtung gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform Plattenkantenpositionsdetektoren 40 und 41 zur Erfassung der Größenordnung der Mäanderbewegung des Bands, einen Computer 101, der zusätzlich zu einem Lasterfassungsabschnitt 30, einem Abschnitt 31 zur Berechnung der Zugverteilung, einem Abschnitt 32 zur Berechnung der Bandform und einem Bildschirmanzeigeabschnitt 33 einen Abschnitt 42 zur Erfassung der Position der Plattenkante und einen Abschnitt 43 zur Berechnung der Korrektur der Größe der Mäanderbewegung aufweist. Der Abschnitt 42 zur Erfassung der Position der Plattenkante empfängt als Eingänge die Erfassungssignale von den Plattenkantenpositionsdetektoren 40 und 41 und berechnet die Größe δ der Mäanderbewegung, und der Abschnitt 43 zur Berechnung der Korrektur der Größe der Mäanderbewegung verändert die Werte der Abmessungen A und B gemäß 5 entsprechend dem Wert der Größe δ der Mäanderbewegung wie folgt. A = Plattenbreite/2 – δ B = Plattenbreite/2 + δ
Das Ergebnis der Berechnung des Abschnitts 43 zur Berechnung der Korrektur der Größe der Mäanderbewegung wird an den Abschnitt 31 zur Berechnung der Zugverteilung gesendet und wird dort auf ähnliche Weise verarbeitet, wie bei der in 6 gezeigten bevorzugten Ausführungsform.
Bei der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform kann selbst beim Vorliegen einer Mäanderbewegung der Platte diese korrigiert und die Form erfaßt werden.
Eine siebte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 12 beschrieben.
Gemäß 12 weist die vorliegende bevorzugte Ausführungsform zusätzlich einen Abschnitt 47 zur Berechnung einer Rückführsteuerung der Bandform und eine Einrichtung 48 zur Steuerung der Bandform auf, wobei der Abschnitt 47 zur Berechnung einer Rückführsteuerung der Bandform eine Rückführsteuerung der Einrichtung 48 zur Steuerung der Bandform des Walzgerüsts 4 ausführt, durch die die Differenz zwischen der vom Abschnitt 32 zur Berechnung der Bandform berechneten Bandform und der vorab eingegebenen Sollbandform klein wird.
Bei der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ist es durch Ausführen einer Rückführsteuerung der Einrichtung 48 zur Steuerung der Bandform des Walzgerüsts 4 möglich, die Beschleunigungs rate zu Beginn des Walzvorgangs und ebenso die Effizienz der Fertigung zu erhöhen, da die Häufigkeit der Banderschöpfung verringert wird.
Obwohl bei den vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform Beispiele angeführt wurden, bei denen das Walzwerk ein einzelnes Gerüst umfaßte, ist es ferner möglich, mehrere Walzgerüste in Tandemanordnung vorzusehen und den Formdetektor auf der Auslaßseite jedes Walzgerüsts zu installieren. Da die Form in diesem Fall in jedem Gerüst gemessen wird, kann die Formsteuerung in jedem Gerüst ausgeführt werden, wodurch es möglich wird, Bänder mit überlegenen Bandformen zu erhalten. Zudem ist es auch in diesem Fall möglich, die Beschleunigungsrate durch Ausführen einer Rückführsteuerung der Formsteuereinrichtung des Walzwerks bei jedem Gerüst so zu erhöhen, daß die Differenz zwischen der gemessenen Form und der Sollform gering wird, und auch die Effizienz der Produktion wird aufgrund einer Verringerung der Häufigkeit der Plattenerschöpfung zwischen den unterschiedlichen Gerüsten höher.
Da der Formdetektor die Spannung des Bands anhand der Lastdifferenz am Haltepunkt berechnen kann, kann er ferner auch gleichzeitig als Spannungsmeßinstrument verwendet werden. In diesem Fall ist die Spannung T des Bands gemäß 4 durch die folgende Gleichung gegeben, wenn davon ausgegangen wird, daß der Wicklungswinkel des Bands θ ist. T = ((Fa – Qa) + (Fb – Qb))/(2·sin(θ/2))
Erfindungsgemäß kann die Bandform von Metallbändern nach dem Walzen unter Verwendung einer einfachen Konstruktion leicht gemessen werden. Da es möglich ist, in dem Walzgerüst eine Bandformsteuerung auszuführen, wird es dadurch überdies möglich, Bänder mit überlegenen Bandprofilen zu erhalten, und auch die Effi zienz der Fertigung wird höher, da die Häufigkeit der Plattenerschöpfung geringer wird.
Da die Rolle eine nicht segmentierte Rolle mit einstückiger Konstruktion ist, tritt zudem nicht das Problem auf, daß Kratzer auf der Oberfläche des Bands verursacht werden, und es treten auch keine negativen Auswirkungen einer thermischen Verformung aufgrund einer Wärmeübertragung vom Band auf, wodurch die Haltbarkeit verbessert wird.

Claims

Walzwerkanlage mit – mindestens einem Walzgerüst (4) mit einer oberen und einer unteren Arbeitswalze (2, 3), – einer Bandform-Erfassungseinrichtung, in der eine Banderfassungsvorrichtung (5, 45; 6) installiert ist, an der Einlaß- oder der Auslaßseite des Walzgerüsts (4), – wobei die Banderfassungsvorrichtung (5, 45; 6) eine Rolle (14) umfaßt, auf der das Band (1) teilweise aufgewickelt ist, – mindestens einem Lagerkasten (9A, 9B) auf der Seite eines Endes oder mindestens zwei Lagerkästen (9A, 10A; 9B, 10B) auf den Seiten der beiden Enden der Rolle (14) zur frei drehbaren Halterung der Rolle (14) und – einer Lastzelle (11A, 11B; 12A, 12B) für jeden Lagerkasten (9A, 10A; 9B, 10B) zum Messen der auf jeden Lagerkasten aufgebrachten Traglast, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandform-Erfassungseinrichtung die Zugverteilung des Bands (1) in der Breitenrichtung unter Verwendung einer Funktion mit mehreren unbekannten Koeffizienten bestimmt, die der Anzahl der unbekannten Koeffizienten entsprechende Anzahl an Parametern unter den Parametern Traglast (Fa–Qb) der Lagerkästen (9A, 10A; 9B, 10B), auf die Lagerkästen einwirkendes Haltemoment (Ma, Mb), Ablenkung der Rolle (14), Ablenkwinkel der Rolle (14) und Rollenbiegespannung mißt, anhand der ge messenen Werte die der Anzahl der unbekannten Koeffizienten entsprechende Anzahl an Zustandsgleichungen erstellt, die unbekannten Koeffizienten sowie die Zugverteilung der Bänder berechnet und die Zugverteilung in die Bandform des Bands umwandelt.
Walzwerkanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formerfassungseinrichtung eine Einrichtung zum Umwandeln der berechneten Bandform des Bands (1) umfaßt, die Umwandlungseinrichtung die von den beiden in den Lagerkästen (9A) am betriebsseitigen Endabschnitt eines Bandformdetektors (18, 19A) vorgesehenen Lastzellen (11A) gemessene Last in die Bandform der betriebsseitigen Hälfte des Bands und die von den beiden in den Lagerkästen (9B) am antriebsseitigen Endabschnitt des Bandformdetektors (18, 19A) vorgesehenen Lastzellen (11B) gemessene Last in die Bandform der antriebsseitigen Hälfte des Bands umwandelt.
Walzwerkanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils an den beiden Lagerkästen (9A, 10A; 9B, 10B) auf jeder Seite vorgesehenen Bandformerfassungsvorrichtungen (5, 45; 6) zusätzlich eine an einem beliebigen Lagerkasten unter den beiden Lagerkästen auf jeder Seite vorgesehene Einrichtung zum Aufbringen einer Vorlast in der Richtung der Haltelast auf den Lagerkasten aufweisen.
Walzwerkanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandform-Erfassungseinrichtung eine Kantenlageerfassungsvorrichtung (40, 41), die die Größenordnung der Mäanderbewegungen des Bands erfaßt, und eine Einrichtung (43) umfaßt, die nicht nur den betriebsseitigen Plattenbreitenbereich und den antriebsseitigen Plattenbreitenbereich entsprechend dem erfaßten Wert von dieser Kantenlageerfassungsvorrichtung berechnet, sondern auch die von den beiden an den Lagerkästen (9A) am betriebsseitigen Endabschnitt der Bandformerfassungsvorrichtung vorgesehenen Lastzellen (11A) gemessene Last in die Bandform des Plattenbreitenbereichs des Bands auf der Betriebsseite und die von den beiden an den Lagerkästen (9B) am antriebsseitigen Endabschnitt der Bandformerfassungsvorrichtung vorgesehenen Lastzellen (11B) gemessene Last in die Bandform des Plattenbreitenbereichs des Bands auf der Antriebsseite umwandelt.
Walzwerkanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandform-Erfassungseinrichtung zusätzlich eine Verlagerungsmeßeinrichtung, die an mindestens einer Position der Rolle (14) der Bandformerfassungsvorrichtung die Verlagerung der Rollenoberfläche in der Zughalterichtung mißt, und eine Einrichtung (31) zum Berechnen der Zugverteilung des Bands anhand der von den Lastzellen (11A, 12A; 11B, 12B) der Bandformerfassungsvorrichtung gemessenen Last und der von der Ver lagerungsmeßeinrichtung gemessenen Werte und zum Umwandeln der Zugverteilung in die Bandform des Bands (1) umfaßt.
Walzwerkanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (48), die eine derartige Rückführsteuerung der Formsteuereinrichtung des Walzgerüsts ausführt, daß die Differenz zwischen der von der Bandformerfassungsvorrichtung gemessenen Form auf der Auslaßseite der Walzwerkanlage und der vorab eingestellten Sollbandform klein wird.
Verfahren zur Erfassung der Form von Bändern mittels einer Bandformerfassungsvorrichtung mit einer Rolle (14), die mit einem Band (1) in Kontakt steht, mindestens einem auf der Seite des einen oder des anderen Endes oder an beiden Enden der Rolle (14) vorgesehenen Lagerkasten (9A, 10A; 9B, 10B), der die Rolle drehbar hält, und einer Lastzelle (11A, 12A; 11B, 12B) für jeden Lagerkasten, wobei die Bandform des Bands auf der Grundlage der durch den Kontakt der Rolle (14) mit dem Band (1) auf die Lagerkästen einwirkenden Lasten berechnet wird, dadurch gekennzeichnet daß die Bandformerfassungsvorrichtung – die Zugverteilung des Bands (1) in der Breitenrichtung unter Verwendung einer Funktion mit mehreren unbekannten Koeffizienten bestimmt, – die der Anzahl der unbekannten Koeffizienten entsprechende Anzahl an Parametern unter den Parametern Trag last (Fa–Qb) der Lagerkästen (9A, 10A; 9B, 10B), auf die Lagerkästen einwirkendes Haltemoment (Ma, Mb), Ablenkung der Rolle (14), Ablenkwinkel der Rolle und Biegespannung der Rolle mißt, – anhand der gemessenen Werte die der Anzahl der unbekannten Koeffizienten entsprechende Anzahl an Zustandsgleichungen erstellt, – die unbekannten Koeffizienten berechnet und – die Zugverteilung der Bänder berechnet und die Zugverteilung in die Bandform umwandelt.