EP1010479B1 - Verfahren und Einrichtung zur Ansteuerung von Schiebewalzen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zum Walzen von Metallbändern mittels Walzgerüsten, die verschiebbare Arbeitswalzen, sogenannte Schiebewalzen, aufweisen.
• Beim Flachwalzen gelten die Einhaltung der Bandplanheit und des technologisch vorgegebenen Bandprofils nach der Fertigstraße als wichtige Qualitätsmerkmale. Zur Erfüllung dieser Anforderungen ist es wünschenswert, die Abweichung des Dickenverlaufs eines Metallbands von der idealen Bandkontur zu minimieren.
• Zur Veranschaulichung dieser Gegebenheiten ist in Fig. 1 die Kontur eines Metallbandes in beispielhafter Form dargestellt. Die ideale Bandkontur y_idsal(x) berechnet sich näherungsweise aus Abmessungen des Bandquerschnitts (Bandbreite b, Bandkantenabstand C_x) sowie aus Anteilsfaktoren a₂, a₄ und a₆ zu $${\mathrm{y}}_{\mathrm{ideal}}={\mathrm{a}}_2{\left(\frac{\mathrm{x}}{\frac{\mathrm{b}}{2}-{\mathrm{c}}_{\mathrm{x}}}\right)}^2+{\mathrm{a}}_4{\left(\frac{\mathrm{x}}{\frac{\mathrm{b}}{2}-{\mathrm{c}}_{\mathrm{x}}}\right)}^2+{\mathrm{a}}_6{\left(\frac{\mathrm{x}}{\frac{\mathrm{b}}{2}-{\mathrm{c}}_{\mathrm{x}}}\right)}^2$$

  
• Die Abweichung von dieser approximierten idealen Bandkontur resultiert insbesondere aus dem pro Metallband zunehmenden Verschleiß der Arbeitswalzen. Die maximale Abweichung wird als Konturfehler bezeichnet.
• Um den Walzenverschleiß zu minimieren und somit die Walzenlaufleistung der Arbeitswalzen zu erhöhen, werden Schiebewalzen verwendet. Diese Walzen werden zwischen den Walzvorgängen der einzelnen Metallbänder um einige Millimeter quer zur Laufrichtung der Metallbänder verschoben. Dadurch wird verhindert, daß sich scharfe Verschleißkanten auf den Laufflächen der Arbeitswalzen bilden. Eine Verschiebestrategie für solche Schiebewalzen soll einer Minimierung des Konturfehlers sowie der Einhaltung der geforderten Bandplanheit dienen. Das Verschieben der Arbeitswalzen wird vor allem dann durchgeführt, wenn die einzelnen Metallbänder eines Walzprogramms so angeordnet sind, daß das jeweils zu walzende Metallband breiter ist als sein Vorgänger. Ohne Verschieben würde sich eine beim Walzen eines schmaleren Metallbandes entstandene Verschleißkante negativ auf die Oberflächenqualität des nachfolgenden breiteren Metallbandes auswirken.
• Das Profil p_r kann z.B. als Differenz zwischen der Mittendicke h_G und dem arithmetischen Mittel der beiden Randdicken h_L und h_R definiert werden: $${\mathrm{P}}_{\mathrm{r}}={\mathrm{h}}_{\mathrm{G}}-\frac{{\mathrm{h}}_{\mathrm{L}}+{\mathrm{h}}_{\mathrm{R}}}{2}$$

  
• Das Profil p_r der gewalzten Metallbänder kann durch eine Verschiebung der Arbeitswalzen, durch eine Walzkraft und/oder durch eine Rückbiegekraft als Stellgrößen beeinflußt werden.
• Die EP 0 618 020 A1 beschreibt ein Verfahren zum Walzen eines Walzbandes in einer zumindest zwei Walzgerüste mit horizontal einstellbaren Arbeitswalzen aufweisenden Warmbandstraße, wobei eine Zielkontur des Profils des Walzbandes vorgegeben wird, wobei bei einer von der Zielkontur abweichenden Bandprofilform mechanische Stellglieder wie zum Beispiel axial verschiebbare Arbeitswalzen so zum Einsatz gebracht werden, dass sich eine minimale Abweichung zwischen einer errechneten Bandform und einer Soll-Bandform bzw. Zielkontur ergibt.
• Gemäß der JP 63 260 615 A wird der Betrag der Verschiebung einer Arbeitswalze mit Hilfe einer Bewertungsfunktion ermittelt, wobei ein Walzen-Ist-Profil mit einem Walzen-Soll-Profil verglichen wird.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Ansteuerung von Schiebewalzen vorzustellen, bei dessen Anwendung die geforderte Bandplanheit gewährleistet ist und der Konturfehler der gewalzten Metallbänder minimiert wird.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. eine Einrichtung gemäß Anspruch 6 gelöst. Dabei werden zum Hintereinanderwalzen zumindest zweier Metallbändern mittels zumindest eines Walzgerüstes, das quer zur Laufrichtung der Metallbänder verschiebbare Arbeitswalzen, sogenannte Schiebewalzen, aufweist, zwischen den Walzvorgängen der einzelnen Metallbänder die Schiebewalzen quer zur Laufrichtung der Metallbänder derart verschoben, daß die Abweichung des jeweiligen Profils der zumindest zwei hintereinander gewalzten Metallbänder von ihrem jeweiligen gewünschten Sollprofil über die zumindest zwei Metallbänder betrachtet minimal ist. Auf diese Weise kann das Profil von Metallbändern, die hintereinander gewalzt werden, deutlich verbessert werden.
• In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird vor Beginn des Walzens für eine Gruppe zumindest zweier Metallbänder ein Wert für die optimale Verschiebung der Arbeitswalzen über die Gruppe der zumindest zwei Metallbänder betrachtet ermittelt.
• In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Wert für die optimale Verschiebung der Arbeitswalzen über die Gruppe der zumindest zwei Metallbänder betrachtet so gewählt, daß die über alle Metallbänder dieser Gruppe ermittelte Abweichung des Profils dieser Metallbänder von einem vorgegebenen Sollprofil minimal ist.
• In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird aus den Werten für die optimale Verschiebung der Arbeitswalzen über die Gruppe der zumindest zwei Metallbänder betrachtet, einer minimalen Verschiebung und einer maximal möglichen Verschiebung ein Optimierungskoeffizient gebildet.
• In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird in Abhängigkeit des Wertes für die optimale Verschiebung der Arbeitswalzen über die Gruppe der zumindest zwei Metallbänder betrachtet oder des Optimierungskoeffizienten für einzelne oder alle der zu walzenden Metallbänder der Gruppe der zu walzenden Metallbänder eine optimale Verschiebungsposition in bezug auf das jeweils vorangegangene Metallband bestimmt.
• Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1

den Querschnitt eines Metallbandes,

Fig. 2

einen Algorithmus zur Berechnung einer optimierten Verschiebeposition.

• Fig. 1 zeigt Profil und Kontur eines Metallbandes. Darin bezeichnen

y_ideal

ideale Bandkontur

C_X

Bandkantenabstand

h_G

Mittendicke

h_L

Randdicke links

h_R

Randdicke rechts

b

halbe Bandbreite

x

Position

• Die ideale Bandkantenkontur y_ideal(x) berechnet sich dabei näherungsweise gemäß Gleichung (1). Zur Vereinfachung kann dabei vorgesehen werden, daß gilt a₆ = 0.
• Zur Berechnung der optimierten Verschiebeposition ΔSR_opt der Arbeitswalzen eines Walzgerüstes ist ein Algorithmus gemäß Fig. 2 vorgesehen. Zunächst wird aus den durch den Datenblock 31 repräsentierten Banddaten für n Metallbänder eines Walzprogramms mittels eines im Funktionsblock 32 dargestellten Optimierungsalgorithmus' ein Wert SR_opt für die optimale Verschiebung der Arbeitswalzen über die Gruppe der n Metallbänder betrachtet berechnet. Dieser Wert SR_opt für eine optimale Verschiebung der Arbeitswalzen über die n Metallbänder betrachtet ist die Summe der Beträge der Verschiebungen der Arbeitswalzen über die n Metallbänder betrachtet: $${\mathrm{SR}}_{\mathrm{opt}}=\sum _{\mathrm{i}=1}^{\mathrm{n}}\left|{\mathrm{\Delta SR}}_1\right|$$

  
• Dabei werden die Bänder so angeordnet, daß der Konturfehler minimal ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die n Metallbänder zur Berechnung des Werts SR_opt derart angeordnet, daß der Term $$\sum _{\mathrm{i}=1}^{\mathrm{n}}|{{\mathrm{KF}}_{\mathrm{i}}|}^2$$

  

  
  minimal ist. Dabei ist KF_i der Konturfehler, d.h. die Abweichung des Profils des i-ten Metallbandes von der idealen Bandkontur des i-ten Metallbandes.
• Aus diesem Wert und den bekannten Werten für die minimal mögliche Verschiebung SR_min der Arbeitswalzen (im Normalfall 0 mm) und der maximal möglichen Verschiebung SR_max der Arbeitswalzen (beispielsweise 20 mm) wird ein Optimierungskoeffizient ϕ_opt gemäß $${\mathrm{\varphi }}_{\mathrm{opt}}=\frac{{\mathrm{SR}}_{\mathrm{opt}}-{\mathrm{SR}}_{\min }}{{\mathrm{SR}}_{\max }-{\mathrm{SR}}_{\min }}$$

  

  
  gebildet, so daß der für n Metallbänder eines Walzprogrammes der aufsummierte Konturfehler minimal ist. Für jedes einzelne der n Metallbänder wird unabhängig davon aufgrund von aus dem Datenblock 33 stammenden Banddaten das Walzspaltprofil zwischen den Arbeitswalzen berechnet. Diese Berechnung repräsentiert der Funktionsblock 34. Anschließend wird im Funktionsblock 35 die Differenz zwischen dem berechneten Walzspaltprofil des letzten Gerüstes und dem (z.B. aus Verbandprofil und Walzspaltprofilen der vorherigen Gerüste berechneten) Bandprofil 36 ermittelt. Die Differenz zwischen Walzspalt- und Bandprofil bildet die für die geforderte Bandplanheit pro Metallband notwendige Walzspaltprofiländerung ΔWSP_i. Mittels des durch Funktionsblock 37 präsentierten Zusammenhangs $${\mathrm{\Delta WSP}}_{\mathrm{i}}=\mathrm{\Delta SR}\cdot {\left(\frac{\partial \mathrm{WSP}}{\partial \mathrm{SR}}\right)}_{(\mathrm{SR},\mathrm{FR},\mathrm{FB})}+\mathrm{\Delta FR}\cdot {\left(\frac{\partial \mathrm{WSP}}{\partial \mathrm{FR}}\right)}_{(\mathrm{SR},\mathrm{FR},\mathrm{FB})}+\mathrm{\Delta FB}\cdot {\left(\frac{\partial \mathrm{WSP}}{\partial \mathrm{FB}}\right)}_{(\mathrm{SR},\mathrm{FR},\mathrm{FB})}$$

  

  
  mit der Verschiebung ΔSR, der Walzkraftänderung Δ FR und der Rückbiegekraftänderung ΔFB als Stellgrößen werden minimale und maximale Verschiebungswerte ΔSR_min und ΔSR_max gebildet: $${\mathrm{\Delta SR}}_{\max ,\mathrm{i}}=\frac{{\mathrm{\Delta WSP}}_{\mathrm{i}}-{\mathrm{\Delta WSP}}_{\mathrm{Rest},\min ,\mathrm{i}}}{{\left(\frac{\partial \mathrm{WSP}}{\partial \mathrm{SR}}\right)}_{(\mathrm{SR}\mathrm{,}\mathrm{FR},\mathrm{FB})}}$$

  

  $${\mathrm{\Delta SR}}_{\min ,\mathrm{i}}=\frac{{\mathrm{\Delta WSP}}_{\mathrm{i}}-{\mathrm{\Delta WSP}}_{\mathrm{Rest},\max ,\mathrm{i}}}{{\left(\frac{\partial \mathrm{WSP}}{\partial \mathrm{SR}}\right)}_{(\mathrm{SR}\mathrm{,}\mathrm{FR},\mathrm{FB})}}$$

  

  
  wobei ΔWSP_Rest,min,i und ΔWSP_Rest,max,i der minimal mögliche und der maximal mögliche Wert ΔWSP_Rest,i mit $${\mathrm{\Delta WSP}}_{\mathrm{Rest},\mathrm{i}}=\mathrm{\Delta FR}{\left(\frac{\partial \mathrm{WSP}}{\partial \mathrm{FR}}\right)}_{(\mathrm{SR},\mathrm{FR},\mathrm{FB})}+\mathrm{\Delta FB}{\left(\frac{\partial \mathrm{WSP}}{\partial \mathrm{FB}}\right)}_{(\mathrm{SR},\mathrm{FR},\mathrm{FB})}$$

  

  
  sind.
• Die Werte ΔSR_min und ΔSR_max bilden zusammen mit dem Optimierungskoeffizienten ϕ_opt die Grundlage zur Berechnung (Funktionsblock 39) der optimierten Verschiebeposition ΔSR_opt für das i-te Metallband, für das ΔSR_max,i und ΔSR_min,i mittels des Funktionsblocks 38 berechnet worden sind. Die Berechnung der optimierten Verschiebeposition ΔSR_opt im Funktionsblock 39 erfolgt dabei gemäß folgendem Zusammenhang: $${\mathrm{\Delta SR}}_{\mathrm{opt},\mathrm{i}}={\mathrm{\Delta SR}}_{\min ,1}+{\mathrm{\varphi }}_{\mathrm{opt}}\cdot ({\mathrm{\Delta SR}}_{\max ,\mathrm{i}}+{\mathrm{\Delta SR}}_{\min ,\mathrm{i}})$$

  
• Die in FIG 2 dargestellten Funktionsblöcke 32, 34, 35, 37, 39 sind vorteilhafterweise auf einer nicht dargestellten Recheneinrichtung implementiert.

Claims (6)

1. Verfahren zum Walzen von Metallbändern mittels zumindest eines Walzgerüstes, das quer zur Laufrichtung der Metallbänder verschiebbare Arbeitswalzen, sogenannte Schiebewalzen, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Hintereinanderwalzen zumindest zweier Metallbänder zwischen den Walzvorgängen der einzelnen Metallbänder die Schiebewalzen quer zur Laufrichtung der Metallbänder derart verschoben werden, daß die Abweichung des jeweiligen Profils der zumindest zwei hintereinander gewalzten Metallbänder von ihrem jeweiligen gewünschten Sollprofil über die zumindest zwei Metallbänder betrachtet gemittelt minimal ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn des Walzens einer Gruppe von zumindest zwei Metallbändern ein Wert (SR_opt) für die optimale Verschiebung der Arbeitswalzen über die Gruppe der zumindest zwei Metallbänder betrachtet ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
   dadurch gekennzeichnet, daß der Wert (SR_opt) für die optimale Verschiebung der Arbeitswalzen über die Gruppe der zumindest zwei Metallbänder betrachtet so gewählt wird, daß die über alle Metallbänder dieser Gruppe gemittelte Abweichung des Profils dieser Metallbänder von einem vorgegebenen Soll-Profil minimal ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
   dadurch gekennzeichnet, daß aus den Werten für die optimale Verschiebung (SR_opt) der Arbeitswalzen über die Gruppe der zumindest zwei Metallbänder betrachtet, einer minimalen Verschiebung (SR_min) und einer maximal möglichen Verschiebung (SR_max) ein Optimierungskoeffizient (φ_opt) gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4,
   dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit des Wertes (SR_opt) für die optimale Verschiebung der Arbeitswalzen über die Gruppe der zumindest zwei Metallbänder betrachtet oder des Optimierungskoeffizienten (φ_opt) für einzelne oder alle der zu walzenden Metallbänder der Gruppe der zu walzenden Metallbänder eine optimale Verschiebeposition (ΔSR_opt,i) zur Verschiebung der Arbeitswalzen zum Walzen des i-ten Metallbandes ermittelt wird.
6. Einrichtung zum Walzen von Metallbändern zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung zum Walzen von Metallbändern zumindest ein Walzgerüst mit zwei quer zur Laufrichtung der Metallbänder verschiebbaren Arbeitswalzen, sogenannte Schiebewalzen, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Walzen von Metallbändern eine Recheneinrichtung zur Ermittlung einer optimalen Verschiebeposition (ΔSR_opt,i)zwischen den Walzvorgängen der einzelnen Metallbänder zur derartigen Verschiebung der Schiebewalzen aufweist, daß die Abweichung des jeweiligen Profils von zumindest zwei hintereinander gewalzten Metallbändern von ihrem jeweiligen gewünschten Sollprofil über die zumindest zwei Metallbänder betrachtet gemittelt minimal ist.

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