EP0763391A1 - Verfahren zur Kompensation von aus Horizontalbewegungen der Walzen resultierenden Kräften an Walzgerüsten - Google Patents

Verfahren zur Kompensation von aus Horizontalbewegungen der Walzen resultierenden Kräften an Walzgerüsten Download PDF

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EP0763391A1 EP96113055A EP96113055A EP0763391A1 EP 0763391 A1 EP0763391 A1 EP 0763391A1 EP 96113055 A EP96113055 A EP 96113055A EP 96113055 A EP96113055 A EP 96113055A EP 0763391 A1 EP0763391 A1 EP 0763391A1
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    • B21B2273/04—Lateral deviation, meandering, camber of product

Definitions

  • the invention relates to a method for compensating forces or force components, resulting from horizontal movements of the rolls in roll stands for the hot and cold rolling of flat products, equipped with work rolls and with one or more backup rolls, with hydraulic adjustments and with force measuring devices on the opposite side of the Roll gap and with hydraulic devices for horizontal displacement of the work rolls.
  • Figure 1 describes the basic problem by way of example on the upper support roller 1 of a four-high stand.
  • the horizontally acting forces T are line-volatile vectors, ie they can be shifted along their line of action. As a result, it is irrelevant on which side of the stand the roller is locked. In principle, such pairs of forces always arise from the axial force in the contact area with the neighboring roller. The individual forces overlap and are expressed in different axial forces on everyone involved Rolls with correspondingly difficult to overlook reaction forces in the roll stands.
  • reaction forces in the roll stands have extremely adverse effects.
  • the screwing direction of all the rollers involved also changes.
  • the rollers run to the opposite side, which results in a reversal of the axial forces.
  • the reaction forces in the roll stands change accordingly, with the result that the force measuring devices arranged in the stands report changes which are not related to the actual rolling process.
  • the result is incorrect reactions of all control loops, which depend on the forces measured in the roll stands, such as flatness control, automatic calibration for parallel adjustment of the roll gap, roll alignment control to compensate for the effects of an eccentric position of the rolled product and other control loops, depending on Type of mill stand and rolled product.
  • the object is achieved with a method for compensating forces or force components, resulting from horizontal movements of the rolls in roll stands according to the type mentioned at the beginning with the features of claim 1.
  • the invention opens up the possibility of continuously determining all the straying forces occurring in a roll stand from horizontal movements of the rolls and of compensating the force components resulting therefrom in the measured roll forces. Further embodiments of the invention are the subject of claims 2 to 7.
  • Modern roll stands for cold and hot rolled flat products are now almost exclusively equipped with hydraulic adjustment 2 as an actuator for the thickness control.
  • the adjusting cylinders of the hydraulic adjustment are located above the upper support roll chocks 3 or below the lower support roll chocks 4.
  • force measuring devices 5 are also located on the opposite side of the stand from the roll gap in the two roll stands, with which the forces occurring in the rolling process measured continuously in the two roll stands.
  • the two hydraulic cylinders of the hydraulic adjustment preferably supply additional measured values for the forces in the two roll stands via the hydraulic pressure, so that a total of measured values for the forces in the two roll stands above the upper support roll chocks and below the lower support roll chocks are available without additional effort.
  • Another feature of modern roll stands for the hot and cold rolling of flat products are displaceable work rolls 6, for example for influencing the roll gap profile or to even out the roll wear.
  • the work rolls 6 are shifted with the aid of hydraulic cylinders 7. Regardless of whether the two work rolls are shifted during an operating phase or in a particular one Position, 7 pressures arise in the hydraulic cylinders depending on the axial forces emanating from the work rolls 6. The axial forces of the work rolls can therefore be determined in a preferred manner without additional effort by measuring the pressure in the displacement cylinders. This provides a total of six measured values for vertical and horizontal forces in the roll stand.
  • Figure 2 shows an analysis of the forces in a roll stand. Only the forces F from the rolling process and the axial forces T of the rolls were recorded. The representation of balancing forces, bending forces and weight forces has been omitted because the compensation of these forces is known.
  • Figure 3 shows the composition of the equation set.
  • a center deviation X for the position of the resulting rolling force in the roll gap (cf. FIG. 2).
  • This quantity can also be derived continuously from the six measured values in the rolling operation.
  • the equation for the center deviation X is given in FIG. 3.
  • the size X can be used for automatic calibration, i.e. for the automatic parallel positioning of the two work rolls, by prestressing the stand without rolling stock with rotating rolls after a roll change and calculating the eccentricity X calculated from the six measured values.
  • the value X is regulated to zero, with the result that the upper and lower rollers are perfectly parallel.
  • a further use of the center deviation X is the monitoring of the rolling process, in particular in the case of reversing stands, in which the strip or the sheet can run from the center of the stand.
  • the center deviation X can be used to report such events and to make a corresponding correction.
  • the automatic calibration and monitoring of the rolling process can also take place in that instead of introducing a center deviation, the measured forces F 1 to F 4 are corrected (compensated) with the aid of the calculable reaction forces from the axial forces.
  • the required equations for the sum of the reaction forces all the rolls involved are indicated by R 1 to R 4 in FIG. 4.
  • the measured values F 1 to F 4 can be used in a manner known per se by forming the difference F 1 minus F 2 or F 3 minus F 4 for the roll calibration and for monitoring the rolling process.
  • the measured values for the axial forces in the upper or lower stand area are always included in the evaluation as difference values.
  • the frictional forces contained in the measured values are not included in the evaluation, provided that the frictional forces on both sides of the frame are the same.
  • FIG. 4 shows the set of equations for the reaction forces from the axial forces and for the reaction forces from the eccentricity of the rolling force.
  • FIG. 5 contains a calculation example with assumed roll stand data and roll data and the roll axial forces and reaction forces calculated therefrom with the aid of the equations given above.

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Abstract

Ein Verfahren zur Kompensation von Kräften bzw. Kraftanteilen, resultierend aus Horizontalbewegungen der Walzen (6) in Walzgerüsten für das Warm- und Kaltwalzen von Flachprodukten, ausgerüstet mit Arbeitswalzen (6) und mit einer oder mehreren Stützwalzen (1), mit hydraulischen Anstellungen (2) und mit Kraftmeßeinrichtungen (5) auf der gegenüberliegenden Seite des Walzspaltes und mit hydraulischen Einrichtungen (7) zur Horizontalverschiebung der Arbeitswalzen (6) zeichnet sich dadurch aus, daß die Drücke in den beiden Anstellzylindern zur Bestimmung der Walzkräfte auf einer Seite des Walzspaltes und die angezeigten Kräfte der Kraftmeßeinrichtungen (5) zur Bestimmung der Walzkräfte auf der gegenüberliegenden Seite des Walzspaltes herangezogen werden, und daß unter Einbeziehung der über die Drücke in den Verschiebezylindern (7) der Arbeitswalzen (6) bestimmbaren Arbeitswalzen-Axialkräfte sämtliche Axialkräfte im Gerüst während des Walzbetriebes rechnerisch bestimmt werden. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation von Kräften bzw. Kraftanteilen, resultierend aus Horizontalbewegungen der Walzen in Walzgerüsten für das Warm- und Kaltwalzen von Flachprodukten, ausgerüstet mit Arbeitswalzen und mit einer oder mehreren Stützwalzen, mit hydraulischen Anstellungen und mit Kraftmeßeinrichtungen auf der gegenüberliegenden Seite des Walzspaltes und mit hydraulischen Einrichtungen zur Horizontalverschiebung der Arbeitswalzen.
  • Bei der Walzung von Flachprodukten in Warm- und Kaltwalzanlagen besteht das Problem, daß alle beteiligten Walzen während des Walzprozesses in unterschiedlicher Richtung axial im Gerüst verlaufen und durch Andrücken an die jeweils vorhandenen Verriegelungen Axialkräfte erzeugen. Aus diesen Axialkräften entstehen mit der zugeordneten Reaktionskraft im Abstand von Walzenmitte bis zur Berührung mit der Nachbarwalze freie Kräftepaare. Jedes dieser Kräftepaare bewirkt Reaktionskräfte in den Walzenlagern und damit in den beiden Ständerholmen des Gerüstes.
  • Figur 1 beschreibt das Grundproblem beispielhaft an der oberen Stützwalze 1 eines Quarto-Gerüstes. Die horizontal wirkenden Kräfte T sind linienflüchtige Vektoren, d.h., sie können längs ihrer Wirkungslinie verschoben werden. Demzufolge ist es belanglos, auf welcher Seite des Gerüstes die Walze verriegelt ist. Grundsätzlich entstehen solche Kräftepaare immer durch die Axialkraft im Kontaktbereich zur Nachbarwalze. Die einzelnen Kräfte überlagern sich und äußern sich in unterschiedlichen Axialkräften an allen beteiligten Walzen mit entsprechend schwer zu übersehenden Reaktionskräften in den Walzenständern.
  • Insbesondere bei Reversiergerüsten zeigen die Reaktionskräfte in den Walzenständern außerordentlich nachteilige Wirkungen. Bei Umkehrung der Drehrichtung ändert sich auch die Schraubrichtung aller beteiligten Walzen. Die Walzen laufen zur jeweils gegenüberliegenden Seite, was eine Umkehr der Axialkräfte zur Folge hat. Die Reaktionskräfte in den Walzenständern ändern sich entsprechend, mit dem Ergebnis, daß die in den Ständern angeordneten Kraftmeßeinrichtungen Veränderungen melden, die mit dem eigentlichen Walzprozeß nicht in Verbindung stehen. Die Folge sind fehlerhafte Reaktionen aller Regelkreise, die von den in den Walzenständern gemessenen Kräften abhängen, wie die Planheitsregelung, die automatische Kalibrierung zur parallelen Einstellung des Walzspaltes, die Roll Alignment Control zur Kompensation der Wirkungen einer außermittigen Lage des Walzproduktes und weitere Regelkreise, je nach Art des Walzgerüstes und des Walzproduktes.
  • Es ist bereits Stand der Technik, im Gerüst entstehende vertikale Kräfte, wie bspw. Kräfte aus den Eigengewichten, der Walzenbalancierung und der Walzenbiegung rechnerisch oder meßtechnisch zu erfassen und bei der Messung der Kräfte in den beiden Walzenständern zu berücksichtigen. Solche Kompensationen wurden jedoch für die Reaktionskräfte aus den beschriebenen Axialkräften der Walzen nicht durchgeführt.
  • Es besteht demzufolge die Aufgabe, die Reaktionskräfte in den Walzenständern ohne Einrichtung zusätzlicher Meßstellen im Walzgerüst mit ausreichender Sicherheit zu bestimmen.
  • Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einem Verfahren zur Kompensation von Kräften bzw. Kraftanteilen, resultierend aus Horizontalbewegungen der Walzen in Walzgerüsten gemäß der eingangs genannten Gattung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung eröffnet die Möglichkeit, alle in einem Walzgerüst auftretenden, vagabundierenden Kräfte aus Horizontalbewegungen der Walzen kontinuierlich zu bestimmen und die hieraus resultierenden Kraftanteile in den gemessenen Walzkräften zu kompensieren. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 7.
  • Die Erfindung wird anhand der Fig. 2 bis Fig. 5 näher beschrieben.
  • Moderne Walzgerüste für kalt- und warmgewalzte Flachprodukte werden heute nahezu ausschließlich mit hydraulischen Anstellungen 2 als Stellglied für die Dickenregelung ausgerüstet. Die Anstellzylinder der hydraulischen Anstellung befinden sich oberhalb der oberen Stützwalzeneinbaustücke 3 oder unterhalb der unteren Stützwalzeneinbaustücke 4. In einer bevorzugten Ausführungsform befinden sich zusätzlich auf der vom Walzspalt her gesehen gegenüberliegenden Seite des Gerüstes in den beiden Walzenständern Kraftmeßeinrichtungen 5, mit denen die im Walzprozeß auftretenden Kräfte in den beiden Walzenständern kontinuierlich gemessen werden.
  • Die beiden Hydraulikzylinder der hydraulischen Anstellung liefern über den Hydraulikdruck in bevorzugter Weise zusätzliche Meßwerte für die Kräfte in den beiden Walzenständern, so daß insgesamt ohne zusätzlichen Aufwand Meßwerte für die Kräfte in den beiden Walzenständern oberhalb der oberen Stützwalzeneinbaustücke und unterhalb der unteren Stützwalzeneinbaustücke zur Verfügung stehen.
  • Ein weiteres Merkmal moderner Walzgerüste für das Warm- und Kaltwalzen von Flachprodukten sind verschiebbare Arbeitswalzen 6, z.B. für die Beeinflussung des Walzspaltprofils oder zur Vergleichmäßigung des Walzenverschleißes. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Verschieben der Arbeitswalzen 6 mit Hilfe von Hydraulikzylindern 7. Unabhängig davon, ob während einer Betriebsphase die beiden Arbeitswalzen verschoben werden oder sich in einer bestimmten Position befinden, entstehen in den Hydraulikzylindern 7 Drücke in Abhängigkeit von den von den Arbeitswalzen 6 ausgehenden Axialkräften. Die Axialkräfte der Arbeitswalzen können demzufolge in bevorzugter Weise ohne zusätzlichen Aufwand durch Druckmessung in den Verschiebezylindern bestimmt werden. Hiermit stehen insgesamt sechs Meßwerte für vertikale und horizontale Kräfte im Walzgerüst zur Verfügung.
  • Figur 2 zeigt eine Analyse der Kräfte in einem Walzgerüst. Aufgenommen wurden lediglich die Kräfte F aus dem Walzprozeß und die Axialkräfte T der Walzen. Auf die Darstellung von Balancierkräften, Biegekräften und Gewichtskräften wurde verzichtet, da die Kompensation dieser Kräfte bekannt ist.
  • Der Ansatz der Gleichgewichtsbedingungen für horizontale Kräfte T, vertikale Kräfte F und Momente M am oberen und unteren Walzensatz führt zu insgesamt sechs Gleichungen. Diese sechs nachfolgenden Gleichungen GL geben das Kräftegleichgewicht wie folgt wieder:
    • Gerüst oben:
  • (1) vertikale Kräfte F:   F w - F 1 - F 2 = 0 GL (2) horizontale Kräfte T:   T w - T 1 - T 2 = 0 GL (3) Momente M:   F w ·X - F 1 · a 2 + F 2 · a 2 - T 2 (r A + r S ) + T w (2r A + r S ) = 0 GL
    Figure imgb0001
    • Gerüst unten:
  • (4) vertikale Kräfte F:   F w - F 3 - F 4 = 0 GL (5) horizontale Kräfte T:   T w + T 3 + T 4 = 0 GL (6) Momente M:   F w ·X - F 3 · a 2 + F 4 · a 2 - T 3 (r A + r S ) - T w (2r A + r S ) = 0 GL
    Figure imgb0002
  • Aus diesen sechs Gleichungen lassen sich mit mathematischen Umformungen die Gleichungen für die von den Stützwalzen ausgehenden Kräfte T1 und T4 sowie die im Walzspalt auftretende Tangentialkraft Tw bestimmen. Damit sind alle im Gerüst auftretenden horizontal wirkenden Kräfte bekannt.
  • Figur 3 zeigt die Zusammenstellung des Gleichungssatzes.
  • Von besonderem Interesse ist die Ableitung einer Mittenabweichung X für die Lage der resultierenden Walzkraft im Walzspalt (vgl. Fig. 2). Diese Größe läßt sich ebenfalls aus den sechs Meßwerten im Walzbetrieb kontinuierlich ableiten. Die Gleichung für die Mittenabweichung X ist in Fig. 3 angegeben. Die Größe X kann herangezogen werden für die automatische Kalibrierung, d.h. für das automatische Parallelstellen der beiden Arbeitswalzen, indem nach einem Walzenwechsel das Gerüst ohne Walzgut mit drehenden Walzen vorgespannt und die aus den sechs Meßwerten errechnete Außermittigkeit X errechnet wird. Durch Schwenken mit der hydraulischen Anstellung wird der Wert X auf Null geregelt mit dem Ergebnis einer einwandfreien Parallellage von oberer und unterer Walze.
  • Eine weitere Verwendung der Mittenabweichung X ist die Überwachung des Walzprozesses, insbesondere bei Reversiergerüsten, bei denen ein Verlaufen des Bandes bzw. des Bleches aus der Gerüstmitte eintreten kann. Die Mittenabweichung X kann zur Meldung solcher Ereignisse und zu einer entsprechenden Korrektur herangezogen werden.
  • Selbstverständlich kann die automatische Kalibrierung und Überwachung des Walzprozesses auch dadurch erfolgen, daß anstelle der Einführung einer Mittenabweichung eine Korrektur (Kompensation) der gemessenen Kräfte F1 bis F4 mit Hilfe der errechenbaren Reaktionskräfte aus den Axialkräften erfolgt. Die hierzu erforderlichen Gleichungen für die Summe der Reaktionskräfte aus allen beteiligten Walzen sind mit R1 bis R4 in Figur 4 angegeben. Nach einer solchen Kompensation können die Meßwerte F1 bis F4 in an sich bekannter Weise durch Differenzbildung F1 minus F2 bzw. F3 minus F4 für die Walzenkalibrierung und für die Überwachung des Walzprozesses herangezogen werden.
  • In den Gleichungen zur Bestimmung der Walzen-Axialkräfte und der Außermittigkeit zeigt sich als besonders vorteilhaft, daß die Meßwerte für die Axialkräfte im oberen bzw. unteren Gerüstbereich immer als Differenzwerte in die Auswertung eingehen. Dies hat zur Folge, daß die in den Meßwerten enthaltenen Reibungskräfte, insbesondere bei den Meßwerten aus den Anstellzylindern nicht in die Auswertung eingehen, soweit die Reibungskräfte auf beiden Gerüstseiten gleich groß sind. Dies gilt für eine Aufnahme der Meßwerte während beidseitiger Zufahrbewegungen oder beidseitiger Auffahrbewegungen der hydraulischen Anstellungen. Bei einer Schwenkbewegung würden sich die Reibungskräfte beider Gerüstseiten addieren. Die Meßwertaufnahme während einer Schwenkbewegung ist deshalb im betrieblichen Ablauf zu unterdrücken.
  • Als vorteilhaft erweist sich auch die Nutzung der gemessenen und errechneten Axialkräfte T1 bis T4 und Tw zur Überwachung des Erhaltungszustandes und der einwandfreien Walzenschliffe. Hoher Verschleißzustand und Fehler im Walzenschliff erhöhen die Verschränkung der Walzen zueinander und führen zu erhöhten Axialkräften. Die Anzeige dieser Kräfte ist demzufolge ein hervorragendes Mittel zur kontinuierlichen Überwachung des Walzwerks.
  • Figur 4 zeigt den Gleichungssatz für die Reaktionskräfte aus den Axialkräften und für die Reaktionskräfte aus der Außermittigkeit der Walzkraft.
  • Figur 5 enthält ein Rechenbeispiel mit angenommenen Walzgerüstdaten und Walzdaten und den hieraus mit Hilfe der oben angegebenen Gleichungen errechneten Walzen-Axialkräfte und Reaktionskräfte.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Kompensation von Kräften bzw. Kraftanteilen, resultierend aus Horizontalbewegungen der Walzen in Walzgerüsten für das Warm- und Kaltwalzen von Flachprodukten, ausgerüstet mit Arbeitswalzen und mit einer oder mehreren Stützwalzen, mit hydraulischen Anstellungen und mit Kraftmeßeinrichtungen auf der gegenüberliegenden Seite des Walzspaltes und mit hydraulischen Einrichtungen zur Horizontalverschiebung der Arbeitswalzen,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Drücke in den beiden Anstellzylindern zur Bestimmung der Walzkräfte auf einer Seite des Walzspaltes und die angezeigten Kräfte der Kraftmeßeinrichtungen zur Bestimmung der Walzkräfte auf der gegenüberliegenden Seite des Walzspaltes herangezogen werden, und daß unter Einbeziehung der über die Drücke in den Verschiebezylindern der Arbeitswalzen bestimmbaren Arbeitswalzen-Axialkräfte sämtliche Axialkräfte im Gerüst während des Walzbetriebes rechnerisch bestimmt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß aus den gemessenen und errechneten Axialkräften der Walzen Korrekturwerte für die Walzkraftanzeigen in den beiden Walzenständern abgeleitet werden, um die Reaktionskräfte der Axialkräfte zu kompensieren.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß aus den vier gemessenen Walzkräften und den zwei gemessenen Axialkräften rechnerisch die aktuelle Außermittigkeit der Walzkraft bestimmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die errechnete Außermittigkeit der Walzkraft bei der Kalibrierung des Walzgerüstes zum Parallelstellen der Walzen auf Null geregelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die aus den Axialkräften resultierenden Reaktionskräfte in den beiden Walzenständern zugeordneten Dehnungen rechnerisch bestimmt und durch entsprechende Zustellung der hydraulischen Anstellungen kompensiert werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß bei Durchführung der automatischen Kalibrierung die sechs Meßwerte für Walzkräfte und Axialkräfte nur während einer auf beiden Gerüstseiten ausgeführten gleichgerichteten Verstellbewegung aufgenommen werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die gemessenen und errechneten Axialkräfte T1 bis T4 und Tw zur Überwachung des Erhaltungszustandes kontinuierlich angezeigt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß nach Kompensation der Walzkraftanzeigen mit den aus den Axialkräften errechneten Reaktionskräften die verbleibende Differenz der Walzkraftanzeigen im oberen bzw. unteren Teil des Gerüstes zum Parallelstellen der Walzen auf Null geregelt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß nach Kompensation der Walzkraftanzeigen mit den aus den Axialkräften errechneten Reaktionskräften die verbleibende Differenz der Walzkraftanzeigen im oberen bzw. unteren Teil des Gerüstes zur kontinuierlichen Überwachung des Walzprozesses herangezogen wird.
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