EP0375095B1

EP0375095B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Bandbreite beim Warmbandwalzen

Info

Publication number: EP0375095B1
Application number: EP89250130A
Authority: EP
Inventors: Reinhold Dorna; Ulrich Klaffehn; Wolfgang Köhler; Bruno Kott; Günter Menzel; Winfried Prof. Dr. Speth
Original assignee: Preussag Stahl AG
Current assignee: Preussag Stahl AG
Priority date: 1988-12-22
Filing date: 1989-12-22
Publication date: 1996-01-31
Anticipated expiration: 2009-12-22
Also published as: EP0375094A2; ATE133591T1; ATE142916T1; DE58909588D1; EP0375095A2; EP0375094B1; EP0375094A3; EP0375095A3; DE58909734D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln der Bandbreite beim Warmbandwalzen gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 9.
Durch Warmbandwalzen auf modernen kontinuierlichen Walzstraßen mit meist fünf oder mehr Walzgerüsten in der Fertigstaffel soll neben der Beeinflussung der technologischen Kennwerte des Bandes durch geregeltes thermomechanisches Walzen eine in engen Toleranzen vorbestimmte Fertiggeometrie des Bandes eingestellt werden.
Bei gegebenem Einlaufquerschnitt und bekannter Einlaufgeschwindigkeit eines Bandes sowie erwünschtem Auslaufquerschnitt des Bandes wird dessen zwangsläufige Streckung während des Walzens durch von Gerüst zu Gerüst kaskadenartig steigende Walzgeschwindigkeit und damit steigende Walzendrehzahl in Abhängigkeit von der in der Regel degressiv gestuften Stichabnahme kompensiert. Mit zunehmender Verweilzeit kühlt das Band vor und in der Fertigstaffel aus; daher wird die Basiswalzgeschwindigkeit und somit die Wärmeabgabe aufgrund erhöhter Formänderungsarbeit stetig gesteigert, um die metallurgisch wichtige Endwalztemperatur annhähernd konstant zu halten (Temperature-speed-up). Diese Vorgaben für die Geschwindigkeitsverhältnisse und die rechnerischen Leerwalzspalthöhen der Einzelgerüste gibt ein Solleitwertrechner vor.
Die Bandgeschwindigkeit und die Walzenumfangsgeschwindigkeit sind aber nur in der Fließscheide gleich. Das Material erfährt eine Vor- und Nacheilung im Walzspalt. Um dadurch entstehende Probleme zu vermeiden, können Walzstraßen mit einer Bandzugregelung durch Drehzahlanpassung und/oder Schlingenheber ausgerüstet sein, die zusätzlich zu einer Walzspaltkontrolle und Walzkraftmessung sowie Banddickenmessung eine Steuerung der Walzstraße ermöglichen (Iron and Steel Engineer, 9/84, Seite 45-51). In dieser Veröffentlichung ist außerdem detailliert die Funktionsweise einer belastungsabhängigen Regelung der Walzspalthöhe (Lagerspiel- und Gerüstdehnungskompensation) und die Möglichkeit des Verzichtes auf Schlingenheber zwischen den ersten Gerüsten der Fertigstaffel dargestellt, wobei die Schlingenheber durch eine Minimalzugregelung aufgrund bekannter Walzkräfte und Motormomente und daraus resultierender Drehzahländerung der Arbeitswalzen ersetzt werden.
Es ist auch schon versucht worden, eine größtmögliche Genauigkeit der Banddicke zu erreichen, indem für die aus dem Stichplan resultierenden Walzspalthöhen jedes Gerüstes eine Korrektur der gemessenen Dickentoleranzen durch Verstellen des Lastwalzspaltes während des Walzens zu realisieren (DE-A-36 37 043) oder den gesamten Materialstrom durch eine Walzstraße durch eine Minimalzugregelung allein mittels Drehzahlkorrektur der Arbeitswalzen sowie eine Dickenregelung am ersten Gerüst zu beeinflussen (DE-A-27 21 973). Eine Berücksichtigung der Bandbreitenschwankungen in der Fertigstaffel wurde nicht offenbart.
In JP-A-63-068207 wird ein Verfahren zur Breitenregelung von Tandemwalzverfahren beschrieben, bei dem die Breitenregelung nicht vor dem letzten Stich erfolgt und keine Bandvorratsregelung vorhanden ist. Der Looper ist beweglich ausgeführt. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit einer komplizierten Regeltechnik. Das erhaltene Meßsignal muß über den Winkel und die Beschleunigung kompensiert werden.
Aus der DE-A-22 49 366 (nächstkommender Stand der Technik) ist ein Meß- und Regelsystem für Fertigstaffeln bekannt, mit dem primär die Zugspannung im Band zwischen den Gerüsten durch Schlingenheber und die Bandbreite hinter der Fertigstaffel gemessen und durch Drehzahlsteuerung die Zugspannung und damit die Bandbreite korrigiert werden soll. Dabei soll die Banddicke vernachlässigt werden oder fakultativ als Faktor in die Spannungsberechnung einfließen, um die Zugspannung möglichst konstant zu halten. Falls die Zugspannung zu einer Änderung der Blechdicke führt, soll dies durch Drehzahl- und Drucksteuerungsgeräte an den Gerüsten berichtigt werden. Eine automatische Lastwalzspaltkontrolle oder die Auswahl der Gerüstzwischenspannungskontrolle vor dem letzten Gerüst ist nicht offenbart; ebensowenig die Art des Spannungsfühlers.
Von daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln der Bandbreite beim Warmwalzen von Bändern in der Fertigstaffel einer Walzstraße vorzuschlagen, die ein genaues und schnelles Einstellen der Bandbreite ermöglichen bei relativ geringem Aufwand für eine praxisnahe Regeloptimierung.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt.
Verfahrensbedingt sind die Massenströme am Einlauf und Auslauf der Fertigstaffel gleich groß. In der bekannten Kontinuitätsgleichung ändern sich jedoch während des Verfahrensablaufs die Parameter Breite, Dicke, Geschwindigkeit und Wichte des Bandes. Mit Ausnahme der Wichte lassen sich die Parameter an der Walzstraße direkt messen. Die Wichte als Funktion von Walztemperatur und Materialart wird nur als implizite statistische Größe während des Walzens erfaßbar. Die Wichteänderung von ca. 0,1 % während des Warmwalzens ist vernachlässigbar.
Die Erfindung berücksichtigt die Erkenntnis, daß der Bandvorrat zwischen den Gerüsten geregelt werden muß, um einen stabilen Betriebszustand beim Warmwalzen zu erreichen.
Wenn man sich die Walzstraße als Regelstrecke, der die Regelkreise für die Soll-Leitwerte Drehzahlen und Leerwalzspalte beziehungsweise Lastwalzspalte zugeordnet sind, vorstellt, erhält man als wichtige Ausgangssignale die Walzkräfte, die Walzmomente, die Schlingenheberwinkel, die aus laufende Banddicke und die Auslaufgeschwindigkeit. Als Stellgrößen stehen die Drehzahlen der Walzen und die Walzspaltzustellungen zur Verfügung. Die Drehzahlen beeinflussen die Schlingenheberwinkel und die Materialflußgeschwindigkeit; die Walzspaltzustellung beeinflußt ebenfalls die Schlingenhebervinkel, die Materialflußgeschwindigkeit sowie die resultierenden Banddicken. Als Störgröße wirkt in erster Linie in dieser Regelstrecke die Variation der Formänderungsfestigkeit des Bandes als Funktion von Materialart und Temperatur. Dazu gehören auch sogenannte Skidmarks (Schienenschatten) aus der Brammenerwärmung. Auch Unregelmäßigkeiten beim Längsteilen oder Vorwalzen von Brammen sowie fehlende seitliche Stauchaggregate in der Vorwalzstraße lassen Bandbreitenschwankungen entstehen.
Im einfachsten Falle könnte, wie an sich bekannt, die vorhandene Schlingenregelung durch Drehzahlkorrektur der Arbeitswalzen vor oder hinter der betreffenden Schlinge benutzt werden, um durch Erhöhen oder Erniedrigen des Bandzuges und damit des Bandvorrates in der Schlinge die Bandbreite zu korrigieren.
Da genügend Stellgrößen zur Beeinflussung des Regelsystems zur Verfügung stehen, kann aber auch primär auf eine Drehzahlverstellung der Walzen verzichtet werden. Eine Walzspalthöhenänderung kann wesentlich schneller geschehen als eine Änderung der Walzendrehzahl, so daß sich die Zustellung des Walzenspaltes als Stellgröße für eine Bandvorratsregelung zur Korrektur der Bandbreite an den Gerüsten am besten eignet.
Die Stellsignale für diese Bandvorratsregelung werden von einem Breitenregler erzeugt, der seinerseits mit Signalen von einer oder mehreren Bandbreitenmessungen beaufschlagt wird, die Meßwerte mit den Sollwerten vergleicht und gegebenenfalls bei Abweichungen vom Sollwert den Bandvorratsregler mit einem Signal beaufschlagt, so daß der Bandzug geändert wird. Die Breitenmessung erfolgt möglichst dicht hinter dem letzten Gerüst, vorzugsweise mit einer Diodenzeilenkamera, die die Bandkanten als Kontrast zu einer Gegen-Lichtquelle unter dem Warmband erfassen. Die Regelung der Bandbreite erfolgt dann derart, daß vom Bandvorratsregler der Bandzug vor dem letzten Stich, ermittelt durch die Reaktionskraft auf eine festeinstellbare Umlenkrolle unter dem Warmband, sowie das Änderungssignal vom Breitenregler derart umgesetzt, daß der Walzspalt des letzten Gerüste geändert wird.
Die Folge ist, daß das Warmband eingeschnürt oder entlastet und damit breiter wird. Eine Änderung der Breite hat zumindest in Grenzen auch eine Änderung der Dicke zur Folge, so daß sinnvollerweise die Enddicke des Bandes erfaßt wird und Dickenänderungen über einen Dickenregelkreis am letzten Gerüst ausgeregelt werden. Dazu kann der Dickenregler die automatische Lastwalzspaltkontrolleinrichtung mit einem Korrektursignal für die notwendige Walzspalthöhe beaufschlagen. Durch diese Verfahrensweise wird der Bandvorrat kontrolliert den Erfordernissen angepaßt.
Eine Breitenmessung nur nach dem letzten Stich hat aber Nachteile, da durch die Verzögerung ein Teil des Bandes nicht mehr korrigiert werden kann. Daher ist erfindungsgemäß auch eine Breitenmessung vor dem vorletzten Gerüst installiert, so daß die Bandbreite zwischen den beiden letzten Stichen vorgesteuert werden kann.
Eine Breitenmessung an beiden Stellen, ermöglicht, daß das Ergebnis der Breitenkorrektur aufgrund der ersten Messung kontrolliert und genauer ausgeregelt werden kann.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann die Breitenkorrektur auch zwischen den beiden ersten Stichabnahmen erfolgen oder die Breitenkorrektur kann auf die beiden genannten Abschnitte der Fertigstaffel aufgeteilt werden, so daß größere Schwankungen der Breite ausgeregelt werden können, ohne daß zu große unerwünschte Regelhübe entstehen.
Eine optimale Breitenregelung kann jedoch die resultierenden Änderungen der Banddicke nicht vernachlässigen. Die beschriebene einfache Methode der Dickenregelung am letzten Gerüst läßt nur geringe Korrekturen zu, zumal im letzten Gerüst auch die Stichabnahme absolut den geringsten Betrag ausmachen sollte. Daher ist es sinnvoll, den Bandzug über die ganze Fertigstaffel zu kontrollieren und durch eine ständige Bandvorratsregelung mit hoher Regelgeschwindigkeit zu ergänzen.
Dazu wird der übliche Leit-Sollwert für den Positionsregelkreis "Leer-Walzspalt" nach Einlauf des Bandes in das erste Gerüst gerüstweise durch Stellsignale der einzelnen Bandvorratsregler abgelöst. Die Bandvorratsregler steuern in der Folge den Massenfluß, rechnerisch den Volumenfluß, in der Fertigstaffel für die Warmbandstrecke mit Ausnahme des Bandendes. Kurz bevor das Bandende ein Gerüst erreicht, löst die bekannte automatische Lastwalzspaltkontrolleinrichtung die Bandvorratsregelung wieder ab. Bei diesem Umschaltverfahren werden die momentanen Istwerte der Banddicke beziehungsweise der Walzspalte stoßfrei als Sollwerte übernommen, um ein erneutes Einschwingen der Regelkreise zu vermeiden. Für die einzelnen primär unabhängigen voneinander wirkenden Bandvorratsregler werden unterschiedliche Indikatoren als Regelgröße verwendet.
Eine Sollwertabweichung beziehungsweise den Istwert für einen bestimmten Bandvorrat eines Abschnittes der Fertigstaffel liefert entweder die Bandzugermittlung oder die Winkelmessung des Schlingenheberausschlages.
Davon unterscheidet sich die Regelung des ersten Gerüstes. Hier kann die Dicke und die Geschwindigkeit des einlaufenden Bandes - unter der zulässigen Annahme, daß momentan eine konstante Bandbreite vorliegt - also ein Massenstromäquivalent gemessen werden. Bei Änderung der Dicke oder Geschwindigkeit des Bandes kann der Walzspalt so am ersten Gerüst eingestellt werden, daß der Massenstrom, rechnerisch vereinfacht als Produkt aus Dicke und Geschwindigkeit, durch Rückstau des Materials konstant bleibt.
Die Schlingenregelung zwischen den vorderen Gerüsten kann durch eine Zugregelung des Bandes ersetzt werden. Dadurch erreicht man eine relativ gute Planlage des Bandes. Dies ermöglicht den Einsatz einer Dickenmeßanlage hinter dem ersten Gerüst und damit die zusätzliche Möglichkeit der Dickenregelung des Warmbandes am ersten Gerüst.
Es hat sich in Versuchen überraschend die Annahme bestätigt, daß man auf teure schwenkbare Schlingenheber zwischen den ersten Gerüsten ganz verzichten kann und den Schlingenheber vor dem letzten oder mehreren der letzten Gerüste als einfache, vertikal verfahrbare Umlenkrolle gestalten kann, wenn man die erfindungsgemäße Verfahrenskonzeption anwendet. Die Wirksamkeit der vorderen Schlingenheber ist sowieso durch die Bandsteifigkeit relativ gering, und der gleiche Effekt kann durch ein aus gemessenen Wellenmomenten der Arbeitswalzen und Walzkräften errechneten Bandzug mittels Bandvorratsregelung des folgenden Gerüstes erreicht werden.
Bei der Ermittlung der Bandzugspannung zwischen den Gerüsten kann die Methode der Funkübertragung von DMS -Drehmomentmessungen angewendet werden. Gegenüber der Momentermittlung aus den Strom-und Spannungswerten der Walzenantriebe erfaßt die DMS-Methode verlustfrei die Torsionsmomente direkt an der Arbeitswalzenwelle. Die Ergebnisse stehen dann durch die Funkübertragung verzögerungsfrei für die Zugberechnung zur Verfügung.
Die Auswahl der geeignetsten Indikatoren, die eine Variation des Massenflusses bzw. Bandvorrates vor dem Gerüst anzeigen, wird jeweils nach deren günstigsten Eigenschaften hinsichtlich der Bedingungen getroffen: geringster Aufwand an Investitionen, größte Regelgeschwindigkeit und beste Wirkung auf die Bandgeometrie. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, den Schlingenheberwinkel möglichst konstant zu halten, weil dadurch Schwierigkeiten, die aus der nicht winkelproportionalen Kraftwirkung der Schlingenheber auf das Band resultieren, bei der Ausregelung verhindert werden.
Sollte die Banddicke hinter der Fertigstaffel trotz Bandvorratsregelung noch außerhalb der gewünschten Toleranzen liegen, kann eine die Bandvorratsregelung ergänzende Dickenregelung eingesetzt werden. Dazu wird der mit einem Durchstrahlungsmeßgerät - Gammastrahler Caesium 137 - gemessene Dicken-Istwert einem Dickenregler zugeführt, der gegebenenfalls zwei Stellsignale korrelierend zu dem Maß der Abweichung von der Solldicke erzeugen kann. Im eingangs beschriebenen einfachsten Regelkonzept wirkt der Dickenregler dann auf die Lastwalzspaltkontrolle ein. Da in diesem Fall aber für die Bandvorratsregelung die Stellgröße Walzspalt genutzt wird, ist hier eine andere Lösung sinnvoll.
Eine Dickenänderung läßt sich als Trend im Dickenmeßgerät hinter der Fertigstaffel erfassen und somit kann durch Änderung des Drehzahltrends der Arbeitswalzen zwischen zwei Gerüstgruppen der Fertigstaffel örtlich der Bandvorrat erhöht oder verringert werden mit dem Effekt, daß der Bandvorratsregler eingreift und die Banddicke ändert. Gleichzeitig kann ein Korrektursignal - zeitverzögert zur Anpassung an die höhere Regelgeschwindigkeit des Walzspaltregelkreises - an den Walzspaltregler des betroffenen Gerüstes geleitet werden, damit sich der Bandvorrat tatsächlich nicht ändert.
In dieses Konzept wird die Breitenregelung durch Walzspaltverstellung einbezogen.
Dazu gibt der eingangs erwähnte Breitenregler ein Signal an den Bandvorratsregler des letzten Gerüstes, der dann wiederum die Zugspannungsänderung durch Verstellung des Walzspaltes erzeugt. Mit dieser schnellen dynamischen Regelung lassen sich die Breitenschwankungen korrigieren, ohne daß die langsamere Dickenregelung über Drehzahlverstellung für Kompensation sorgt.
Ansonsten muß der Dickenregler ebenfalls eine Störgrößenaufschaltung erhalten.
Die letzte Stichabnahme muß für diese Regelung so gestaltet werden, daß sie prozentual größer ist als die auszuregelnde Bandbreitenschwankung.
Anhand schematischer Zeichnungen soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1: die Kraftwirkung eines Schlingenhebers,
Fig. 2: eine erfindungsgemäße Regelung für eine Fertigstaffel als Blockschaltbild.

Das Diagramm in Fig. 1 zeigt die Änderung der spezifischen Zugspannung im Warmband 10 über der Winkelstellung (Looperwinkel) eines Schlingenhebers (Looper) bei 4 bis 10 bar Fluiddruck (Looperdruck) des Hubzylinders des Schlingenhebers. Jede Winkeländerung des Schlingenhebers verursacht also Zugschwankungen im Band. Bei der Bandvorratsregelung und sind damit die Bandzugänderungen wesentlich geringer als bei der konventionellen Schlingenregelung.
Fig. 2 zeigt die Verhältnisse an der Fertigstaffel einer Walzstraße für Warmbreitband 10 mit sieben Walzgerüsten 1...7, vier schwenkbaren Schlingenhebern 12...15 und einer vertikal verstellbaren und arretierbaren Umlenkrolle 16 mit Kraftmeßeinrichtung 9. Die Antriebe, Meßgeräte und Stellorgane sind der besseren Übersicht wegen nicht alle dargestellt. Jedes Gerüst verfügt über einen Bandvorratsregler BVR und am letzten Gerüst ist zusätzlich ein Dickenregler DR installiert. Gemäß dem Stand der Technik verfügt jedes Gerüst außerdem über einen Positionsregler PR und eine automatische Last-Walzspaltkontrolle AGC, der von einem Walzspaltrechner HR die aktuell aus Walzkraft f und der angezeigten Position s der Walzen errechneten Walzspalte h erhält.
Bei der folgenden Funktionsbeschreibung sollen große Buchstaben Sollwerte und kleine Buchstaben Istwerte kennzeichnen.
Alle Sollwerte für die Walzendrehzahlen NL werden von einem nicht dargestellten Leit-Sollwertrechner fest vorgegeben und während des Walzens entsprechend dem gewünschten Stichplan rampenförmig und dem gewünschten Temperature-speed-up tendenziell erhöht. Drehzahlregler DNR sorgen dafür, daß die Drehzahlen ihre momentanen Sollwerte N 1...N 7 einhalten.
Die Sollwerte der Walzspalthöhen SL werden ebenfalls vor Walzbeginn vom Leit-Sollwertrechner vorgegeben. Sie müssen während des Walzens ständig nachgeregelt werden, um sich an den Materialstrom beziehungsweise Bandvorrat anzupassen. Die nötigen Stellsignale delta S liefern die Bandvorratsregler BVR. Jeder Bandvorratsregler BVR bezieht seinen Istwert aus dem in das jeweilige Gerüst 1...7 einlaufenden Bandstück, während sein Sollwert SL konstant ist. Die als Istwert verwendete physikalische Größe ist in allen Fällen ein Maß für den Vorrat an Bandvolumen (Massenvorrat) vor dem Gerüst und nach dem Vorgängergerüst. Die Bandvorratsregler BVR regeln also auf konstanten Bandvorrat zwischen den Gerüsten 1...7.
Beim ersten Gerüst wird die nicht dargestellte nominelle Dicke H Z als Sollwert und die aktuelle Dicke h Z als Istwert verwendet. Streng genommen ist dieser Bandvorratsregler BVR also lediglich ein Dickenregler. Er kann durch die Dicke h 0 vorgesteuert werden.
Bei den Gerüsten 3 bis 6 dienen Schlingenheberwinkel a12...a15 als Istwert für die Bandvorratsregler BVR. Jeder Winkel ist ein Maß für die vorrätige Bandlänge.
Bei den Gerüsten 2 bzw. 7 wird die im einlaufenden Bandstück vorhandene Zugkraft z 1 beziehungsweise z 6 als Istwert für den jeweiligen Bandvorratsregler BVR verwendet. Die Zugkraft gibt den Bandvorrat an, der verfügbar ist, wenn sich das Material plastisch verformt. Bei kleiner Zugkraft ist der Vorrat größer als bei großer Zugkraft. Sehr unterschiedlich sind bei den Gerüsten 2 und 7 die Methoden zur Ermittlung der Zugkräfte z 1 und z 6. Die Zugkraft z 1 vor dem Gerüst 2 wird aus den Meßwerten der Walzkraft f und des Drehmomentes m der Arbeitswalzenwelle im Gerüst 1 vor und nach dem Einlaufen des Bandes 10 im Gerüst 2 im Bandzugrechner ZB berechnet.
Das Drehmoment m wird durch nicht dargestellte Dehnungs-Meß-Streifen festgestellt und per Funk an den Bandzugrechner ZB übertragen.
Um die Zugkraft z 6 vor dem Gerüst 7 zu bestimmen, wird eine mit einem Kraftsensor 9 ausgerüstete Umlenkrolle 16 benutzt. Sie wird dazu unmittelbar nach dem Anstich des Gerüstes 7 hydraulisch vertikal in ihre Sollposition eingefahren und dort blockiert.
Der Verfahrensablauf beim Fertigwalzen eines Warmbandes ist wie folgt geregelt:
Nach Einlauf des Bandes 10 in Gerüst 1 werden die Dicken h 0 und h Z mit den Dickenmessern DO, DZ sowie das Drehmoment m und die Walzkraft f bzw. der Quotient m/f ermittelt. Die Dicke wird dem BVR zugeleitet, der die weitere Regelung an Gerüst 1 übernimmt. Nach Einlauf des Bandes 10 in Gerüst 2 ändern sich die Meßwerte m und f sowie deren Quotient. Aus der Änderung wird im Bandzugrechner ZB die Bandspannung beziehungsweise Zugkraft z 1 ermittelt und damit der Bandvorratsregler BVR an Gerüst 2 beaufschlagt, der im folgenden die Lastwalzspalthöhe s 2 steuert. Die Kontrolle erfolgt dabei über den Positionsregler PR. Nach Anstich des Gerüstes 3 wird der Schlingenheber 12 in Sollposition gefahren, eine Sollwertabweichung von a 12 führt durch den Bandvorratsregler BVR an Gerüst 3 zu einer Änderung der Lastwalzspalthöhe s 3. Das gleiche Verfahren gilt für die Gerüste 4, 5, 6. Nach Anstich des Gerüstes 7 wird die Umlenkrolle 16 wie zuvor die Schlingenheber in die Sollposition gefahren und dort arretiert. Kraftsensor 9 ermittelt die Zugkraft z 6 und beaufschlagt damit den Bandvorratsregler BVR an Gerüst 7. Alle Bandvorratsregler BVR sorgen durch gegebenenfalls notwendige Änderung der Walzspalte für einen konstanten Bandvorrat zwischen den Gerüsten, mit der Folge, daß die Schlingenheber 12...15 nur in engen Grenzen schwingen. Dadurch werden bei "richtiger" Voreinstellung der Banddicke H Z sehr geringe auszuregelnde Abweichungen erzielt, die dann noch durch die sehr schnelle Walzspaltverstellung korrigiert werden.
Trotzdem können durch Störungen, beispielsweise resultierend aus Temperatur- oder Dickendifferenzen des Vorbandes, die gewünschten Dickentoleranzen hinter der Fertigstaffel überschritten werden. Dies wird durch eine abschließende Dickenmessung festgestellt. Zur Korrektur wird die Bandvorratsregelung ergänzt durch eine Regelung der Austrittsdicke h E. Die Wirkungsweise der Dickenregelung mit Hilfe des Dickenreglers DR ist aus folgender Überlegung abgeleitet worden:
Bei jedem Walzvorgang erhält man die Dicke h des aus dem Walzspalt austretenden Bandes 10, in dem die Eintrittsdicke in das Gerüst durch den Verlängerungsfaktor dividiert wird, um den sich die Bandlänge vergrößert. Die Breitung des Bandes 10 ist dabei vernachlässigbar. Für die Gerüste 1 bis 7 gilt also die Beziehung: $h 0 . v 0/v 7 = h E.$
Dabei sind h 0 die Eintrittsdicke und h E die Austrittsdicken, v 0 die Eintrittsgeschwindigkeit in Gerüst 1 und v 7 die Austrittsgeschwindigkeit aus Gerüst 7. Der Quotient v 0/v 7 ist der reziproke Verlängerungsfaktor. Um die Austrittsdicke h E zu beeinflussen eignen sich nach der Gleichung die Größen h 0, v 0 und v 7. Diese drei Größen wirken in diesem Regelkreis jedoch verschieden schnell auf die Austrittsdicke h E ein. Die Gleichung beschreibt nur den stationären Gleichgewichtsstand; das dynamische Verhalten ist anders. Am langsamsten wirkt sich die Eintrittsdicke h 0 auf die Austrittsdicke h E aus. Verzögernd wirkt hier die Laufzeit des Bandes 10 durch alle Gerüste. Mindestens zehnmal schneller ist der Einfluß der Geschwindigkeit v 0. Ihre Wirkung wird nur verzögert durch das Einschwingen der sechs nacheinander eingreifenden Bandvorratsregelkreise. Am schnellsten wird die Austrittsdicke h E durch die Geschwindigkeit v 7 beeinflußt, weil hier nur der letzte Bandvorratsregelkreis einschwingen muß. Als Stellglied für einen Dickenregelkreis eignet sich daher am besten die Geschwindigkeit v 7. Im Regelkonzept der Walzstraße gemäß Fig. 2 liefert der Dickenregler DR ein Korrektursignal delta v 7, das zu der vom Rechner über die Walzendrehzahl N 7 vorgegebenen Geschwindigkeit positiv oder negativ addiert wird. Stattdessen könnte man auch den Temperature-speed-up für die Gerüste 1 bis 6 um den Wert delta v 7 verändern.
Große Regelhübe des Dickenreglers DR sind unerwünscht, denn sie bedeuten eine Lastumverteilung unter den Gerüsten. Um dem Dickenregler DR Arbeit abzunehmen, kann deshalb am Eingang der Walzstraße entweder das aus den Meßwerten h 0 und v 0 berechnete Produkt durch den Bandvorratsregler von Gerüst 1 auf einen konstanten Wert geregelt werden, oder es kann, wie in Fig. 2 dargestellt, das Produkt h Z x v1 konstant gehalten werden, indem v1 näherungsweise durch den Drehzahlregler des ersten Gerüstes konstant gehalten wird.
Die Messung der Dickenwerte h 0 und h Z könnte daher auch durch die Messung der aktuellen Dicke h 0 mit Dickenmesser DO und der aktuellen Einlauf-Geschwindigkeit v 0 ersetzt werden, ohne das Regelprinzip zu ändern.
Die Bandvorratsregler BVR können natürlich ihre Stellsignale delta s für den Positionsregler PR nur solange liefern, solange die Bandvorratsindikatoren von dem jeweiligen Meßgebern fließen. Wenn das Bandende also einen Meßgeber erreicht, muß also der entsprechende Bandvorratsregler BVR außer Funktion gesetzt werden. Dann übernimmt erfindungsgemäß die durch Walzkraft beaufschlagte Lastwalzspaltkontrolle AGC die weitere Regelung des Walzspaltes in an sich bekannter Weise. Beim Umschalten von dem Bandvorratsregler BVR zur Kontrolleinrichtung AGC wird der augenblickliche Walzspaltwert stoßfrei übernommen. Aus der Darstellung in Fig. 2 ergibt sich, daß die Umschaltung von Gerüst 2 auf AGC erfolgt, sobald das Band 10 das Gerüst 1 verläßt, weil dann der Bandvorratsregler BVR keine Zugspannungswerte z 1 mehr erhält. Für die Gerüste 3 bis 6 gilt dies analog, da die Schlingenheber außer Funktion gesetzt werden müssen; für das Gerüst 7 kann an Umlenkrolle 16 entsprechend keine wahre Kraftwirkung mehr gemessen werden.
Für ein neues Band 10 beginnt der Verfahrensablauf wieder wie beschrieben.
Bei einer derart geregelten Fertigstaffel lassen sich optimale Breitenkorrekturen des Bandes während des Walzens durchführen.
Der Breitenmesser 11 erfaßt die Bandbreite b 7 nach der letzten Stichabnahme in Gerüst 7. Im Breitenregler BR wird der Meßwert mit der Sollbreite BE verglichen. Bei einer Abweichung errechnet der Breitenregler BR ein Stellsignal delta Z und beaufschlagt damit den Bandvorratsregler BVR des Gerüstes 7. Sollte die Bandbreite b 7 zu groß sein, wird das Signal delta Z zur Aufschaltung eines Zugspannungswertes auf den mit der Zugspannung z 6 beaufschlagten Regler BVR führen, der dann einen zu großen Bandvorrat feststellt und den Walzspalt an Gerüst 7 um den Wert delta S öffnet mit der Folge, daß die Zugspannung im Band vergrößert wird und die Bandbreite sich verringert. Die Regelwirkung ist schneller, wenn wie dargestellt, ein weiterer Breitenmesser 8 vor Gerüst 6 die aktuelle Bandbreite BR vorsteuert, so daß Breitendifferenzen ortsgetreu ohne Zeitverlust durch Einschwingen des Regelkreises ausgeregelt werden können.
Somit ist der Verfahrensablauf an der Walzstraße optimal regelbar und der Aufwand für Schlingenheber, Meßgeräte und Regelsysteme wird in Grenzen gehalten. Versuche mit diesem Regelsystem haben eine Verbesserung der Bandbreitentoleranz um 20 mm und der Toleranzen für die Banddicke h E auf Werte von plus/minus 0,04 mm zur Solldicke von 1,5 mm ergeben.

Claims

Verfahren zum kontinuierlichen Regeln der Bandbreite beim Fertigwalzen von Warmband auf einer mehrgerüstigen Walzstraße, wobei die Bandbreite zumindest hinter der Fertigstaffel und die Banddicke hinter dem letzten Gerüst gemessen und Dickenänderungen über einen Dickenregelkreis am letzten Gerüst ausgeregelt werden, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Verfahrensschritte:
- die Bandbreite (b5, b7) wird kontinuierlich unmittelbar nach dem letzten Stich und vor dem vorletzten Stich gemessen,

- die Meßwerte werden einem Breitenregler (BR) mit Vorsteuerung zugeführt, dort wird gegebenenfalls eine Sollwertabweichung festgestellt und daraus ein Änderungssignal für die Zugkraft ( Z) im Band (10) vor dem letzten Stich errechnet,

- ein der Zugkraft proportionales Indikatorsignal (z6) wird erfaßt,

- mit dem Indikatorsignal und dem Änderungssignal wird ein Bandvorratsregler (BVR) beaufschlagt, der den Bandvorrat vor dem letzten Gerüst (7) durch Änderung der Walzenspalthöhe (s) dieses Gerüstes verstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bandvorrat aller Gerüste (1...7) geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnt, daß für die Nachstellung der Walzspalthöhe (s) nach Warmbandeinlauf in ein Gerüst von der Sollbanddickenstellung zu einem Bandvorratsindikator umgeschaltet und auf einen Walzkraftindikator umgeschaltet wird, wenn das Band (10) aus dem vorhergehenden Gerüst (1...6) ausläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Enddicke (hE) des Warmbandes (10) durch Verstellen der Parameter Walzspalt oder Drehzahl der Arbeitswalzen geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Bandbreite zwischen den ersten beiden Stichen nach demselben Prinzip geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Indikatorsignal für die Zugkraft die Reaktionskraft des Bandes (10) auf eine positionierbare Umlenkrolle (16) verwendet wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Kombination unterschiedlicher Indikatoren für den momentanen Bandvorrat an den Gerüsten einer Fertigstaffel eines Warmbandwalzwerkes, wobei
- für das erste Gerüst (1) die Geschwindigkeit (v0) sowie die Banddicke (h0) vor oder die Banddicke (h0) vor und hinter (hZ) dem Gerüst (1),

- für ein oder mehrere Gerüste (2) das Drehmoment (m) der Arbeitswalzenwelle und die Walzkraft (f) im vorhergehenden Gerüst (1) erfaßt,

- für mindestens das letzte Gerüst (7) die Zugkraft im Band (z6) vor dem Gerüst (7) durch Kraftmessung mittels einer Umlenkrolle (16) bestimmt,

- für die sonstigen Gerüste (3...6) die Auslenkung (a) eines vor dem Gerüst angeordneten Schlingenhebers (12...15) ermittelt wird,

- die Dicke (hO, hZ, hE) und Breite (b5, b7) des Warmbandes (10) durch berührungslose Strahlungsmessung ermittelt wird,
zur Regelung der Bandbreite (b7) durch Verstellung der Walzspalthöhe (s) eines Gerüstes (2 bzw. 7) einer oder mehrerer Arbeitswalzen.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Anwendung der Funkübertragung von Ergebnissen bei der direkten Drehmomentmessung mittels Dehnungs-Meß-Streifen an den Antriebswellen der Arbeitswalzen von Fertigstaffelgerüsten (1...7) einer Walzstraße zur verzögerungsfreien Ermittlung der Zugspannung (z1) im Warmband (10) zur Regelung der Bandbreite beim Warmwalzen.
Fertigstaffel einer Warmbandwalzstraße mit Meß-, Steuer- und Regeleinrichtungen zum Erfassen und Beeinflussen der Verfahrensparameter, zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem
a) ein Banddickenmesser (DE) hinter dem letzten Gerüst,

b) ein Dickenregler (DR) zur Ausregelung von Dickenänderungen,

c) ein Bandbreitenmesser hinter dem letzten Gerüst angeordnet sind,
gekennzeichnet durch

d) mindestens eine höhenverstellbare, nichtschwingende Umlenkrolle (16) vor dem letzten Gerüst (7) und einen damit verbundenen Kraftmesser (9), und

e) einen mit dem Kraftmesser (9) und einem Breitenregler (BR) verbundenen Bandvorratsregler (BVR), der auf die Walzspalthöhe (s) einwirkt, wobei

f) ein Bandbreitenmesser vor dem vorletzten Gerüst angeordnet ist,

g) der Breitenregler (BR) so ausgelegt ist, daß Sollwertabweichungen der Bandbreite festgestellt und den Bandvorratsregler (BVR) mit Änderungssignalen für die Bandspannung vor dem letzten Gerüst aufgeschaltet werden,

h) der Kraftmesser ein der Bandspannung proportionales Indikatorsignal an den Bandvorratsregler (BVR) liefert,

i) der Bandvorratsregler (BVR) anhand der Signale vom Bandbreitenregler (BR) und Kraftmesser auf die Walzspalthöhe des letzten Gerüstes einwirkt, um den Bandvorrat und damit die Bandspannung vor dem letzten Gerüst derart zu korrigieren, daß die Bandbreite auf den Sollwert eingeregelt wird.