EP1336437A1 - Bandkanten-Planheitssteuerung - Google Patents

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EP1336437A1
EP1336437A1 EP03003777A EP03003777A EP1336437A1 EP 1336437 A1 EP1336437 A1 EP 1336437A1 EP 03003777 A EP03003777 A EP 03003777A EP 03003777 A EP03003777 A EP 03003777A EP 1336437 A1 EP1336437 A1 EP 1336437A1
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EP
European Patent Office
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work rolls
flatness
heat
metal strip
rolling
Prior art date
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EP03003777A
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EP1336437B1 (de
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Kai Friedrich Dr. Karhausen
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Hydro Aluminium Deutschland GmbH
Original Assignee
Hydro Aluminium Deutschland GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/28—Control of flatness or profile during rolling of strip, sheets or plates
    • B21B37/30—Control of flatness or profile during rolling of strip, sheets or plates using roll camber control
    • B21B37/32—Control of flatness or profile during rolling of strip, sheets or plates using roll camber control by cooling, heating or lubricating the rolls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2263/00—Shape of product
    • B21B2263/04—Flatness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/06—Lubricating, cooling or heating rolls
    • B21B27/10—Lubricating, cooling or heating rolls externally
    • B21B27/106—Heating the rolls

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling the flatness of a metal strip during rolling, especially with reducing rolling, with the help at least one roll stand with work rolls, means for at least partially heating the work rolls and a controller in which the Areas of the work rolls close to the belt edge require heat is determined and the corresponding areas of Work rolls are heated.
  • the conventional method uses mechanical Flatness actuators such as work roll bending, inflatable back-up rolls Work rolls tried the flatness of the strip edges to positively influence. These methods can do that improve the general flatness of the rolled product, avoiding or reducing belt edge errors is not possible with them.
  • a disadvantage of the previously known methods is that due to the scheme with the help of a Flat position detection only one adjustment already resulting band edge error can occur. The Belt edge errors can therefore not be prevented.
  • the "hot edge spray" process provided a relatively high heating output to actually influence band edge errors because in the above method due to the follow-up regulation to larger temperature gradients that comes using high heat outputs must be corrected.
  • the The invention is therefore based on the object of a method or a device for performing the method for To make available with which or with which Band edge defects more effectively prevented can be.
  • the method according to the invention is therefore a precontrol procedure, which does not apply to a subsequent measurement of the flatness of the strip edge is instructed to suppress banker errors.
  • Is according to an embodiment of the invention Method for controlling the flatness of a metal strip in Rolling the heat requirement of the next to the belt Zones of the work rolls predetermined, so it can Warm the work rolls on the next to the belt zones can be restricted. Only the exactly the amount of energy required to feed the roll gap to keep flat at the edge of the belt.
  • a particularly exact flatness control is according to one next advantageous embodiment of the achieved method in that the Controlled by an at least partially continuous Process simulation predetermines the heat requirement.
  • deviations can occur during operation of the rollers for predetermining the heat requirement be taken into account.
  • the accuracy of the prediction of the heat demand can be further increased by according to a further developed embodiment, the process simulation the energy balance, especially the energy flows, calculated between the metal strip and the work rolls, to predict the heat requirement.
  • the process simulation the energy balance, especially the energy flows, calculated between the metal strip and the work rolls, to predict the heat requirement.
  • the work done the resulting Frictional heat and heat conduction from the metal strip the work rolls and vice versa.
  • This embodiment can advantageously be further developed become dependent on the energy flows
  • Material data of the metal strip and / or data of the Roll stand and / or data of the current rolling situation and / or the flatness measurement value can be determined.
  • the method according to the invention is therefore neither based on certain material of the metal strip, for example Aluminum or an aluminum alloy, limited, yet there is limitation on which to use Rolling mills.
  • the procedure is almost all Rolling operations can be used, which flatness errors in Have near the strip edge as a potential source of error.
  • Heat is at least partially supplied continuously, there is no formation of large temporal Temperature fluctuations in the next to the band zones of the work roll that are corrected Need to become.
  • the one to be introduced per roller revolution Heat for compensation is relatively low, which insufficient heating power to be installed and leads according to inexpensive designs.
  • the heat is applied before the metal strip runs in or behind the nip, the heat can be right next to it the areas of the work rolls are fed, which next contact with the metal strip to be rolled to have.
  • the heating of the Work roll directly behind the roll gap, as that in the Area of the work rolls introduced heat profile is already smoothed by heat dissipation before the Area of the work roll with the metal strip to be rolled comes into contact.
  • the method according to the invention is the supply of heat by induction and / or convection and / or radiation.
  • this ensures that the heat supply, for example by means of resistance heating Current flow through the work rolls themselves, Infrared radiation, laser radiation or that Spray on with hot lubricants, particularly precisely can be controlled and dosed and on the other hand, that the required heat sources are correspondingly small and can be made compact.
  • the previously known devices to control flatness when rolling a metal strip at least one roll stand with work rolls and means for at least partially heating the work rolls improved by having an accurate dose of energy guaranteeing agents, especially inductive ones Means for at least partially heating the Work rolls are provided.
  • an exact Dosing of the heat supplied can also be done so far known device for flatness control clearly can be improved since the previously known systems only allow inaccurate temperature control.
  • the thermal profile can be improved of the work rolls closer to the edge of the strip and the band edge errors are reduced.
  • inductively working means for partial heating of the work rolls for use in a device according to the invention since it can provide required amounts of energy, a allow precise dosing of these amounts of energy and are also not susceptible to interference.
  • the heat demand to the Areas of the work rolls close to the belt edge predetermined and the means to at least partially Heating the work roll control provided the heat demand to the Areas of the work rolls close to the belt edge predetermined and the means to at least partially Heating the work roll control provided , the occurrence of ribbon edge defects can be effective be prevented and the quality of the rolled products be further increased.
  • Predetermination of the heat requirement of the edge near the belt edge Areas of the work rolls can be further improved by continuing according to a next Embodiment of the embodiment of the invention device according to the invention.
  • a flatness measuring roller for flatness detection of the metal strip after rolling is provided.
  • the subsequent checking of the flatness of the parameters for Predetermination of the heat requirement can be adjusted.
  • the means to at least partially heat the Work rolls before the entry of the metal strip and / or arranged behind the roll gap so can be easily Way of the work roll in the areas close to the belt edge the heat before contact with the metal strip to be rolled are fed.
  • the arrangement of the means at least partial heating behind the nip as the Dissipation of the heat supplied until contact of the Work rolls with the metal strip to be rolled into one particularly homogeneous thermal profile of the work rolls leads.
  • FIG. 1 Flatness control device for rolling a Metal strip 1 has two work rolls 2, 3 in one Roll stand, means 4 for at least partial heating the work roll 2, a controller 5 and a Flatness measuring roller 6. Now the metal strip 1 with of this device, the controller 5 calculates in a simulation of the rolling process ideal rolling work that has to be done. This sets together from the forming work Material thickness reduction, the resulting Forming heat and the frictional heat actually Rolling process. In the process simulation is now for the Energy conversion in the roll gap that the strip or Work roll supplied specific heat output related calculated on the contact area. From the sum of these Thermal output then results in the thermal output that the Work roll 2 must be fed to jump in thermal profile of the work roll 2 in the area of Compensate band edge.
  • the controller 5 intervenes the means 4 for at least partially heating the Work roll 2 in the predetermination of the heat requirement via a process simulation on the data 8 of the Roll stand and material data 9 of the to be rolled Material back.
  • a means 4 to at least partially Heating the work rolls 2 is an inductive one Heat source provided, which is behind the nip 7th is arranged. This arrangement allows a smoothing of the thermal profile arising on the work roll in Circumferential direction by heat dissipation, which by the exactly working inductive heat source is influenced. The thermal profile of the work roll 2 is therefore also almost constant in the axial direction.
  • the process simulation results in ideal rolling work of 919 kW.
  • the simulation of the energy conversion in the roll gap shows that the strip has a specific heat output of 44.6 W / mm 2 and the roller has a heat output of 7.8 W / mm 2 based on the contact area is supplied.
  • the calculation shows that the means 4 for at least partially heating the work roll must supply the work roll 2 with a power of 52 W / mm 2 in addition to the strip edge.
  • Fig. 2 shows the area of a strip edge of a metal strip 1 as well as the thermal profile 11.12 of the work rolls in Band edge area 10 with and without edge heating.
  • the thermal profile of the work rolls without edge heating 11 is not homogeneous in the area of the band edge because due to the decreasing temperature towards the outside Work roll the diameter of the work roll already in Area of the strip edge decreases.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Planheitssteuerung eines Metallbandes 1 beim Walzen, insbesondere beim reduzierenden Walzen, mit Hilfe mindestens eines Walzgerüstes mit Arbeitswalzen 2,3, Mitteln 4 zum zumindest teilweisen Erwärmen der Arbeitswalzen 2,3 und einer Steuerung 5, bei welchem bzw. bei welcher der Wärmebedarf bandkantennaher Bereiche der Arbeitswalzen bestimmt wird und die entsprechenden Bereiche der Arbeitswalzen erwärmt werden. Die Aufgabe ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit welchem bzw. mit welcher das Auftreten von Bandkantenfehlern effektiver verhindert werden kann, wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, indem der Wärmebedarf der bandkantennahen Bereiche 10 der Arbeitswalzen 2,3 vorherbestimmt und abhängig davon die Mittel 4 zum zumindest teilweisen Erwärmen der Arbeitswalzen 2,3 gesteuert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Planheitssteuerung eines Metallbandes beim Walzen, insbesondere beim reduzierenden Walzen, mit Hilfe mindestens eines Walzgerüstes mit Arbeitswalzen, Mitteln zum zumindest teilweisen Erwärmen der Arbeitswalzen und einer Steuerung, bei welchem bzw. bei welcher der Wärmebedarf bandkantennaher Bereiche der Arbeitswalzen bestimmt wird und die entsprechenden Bereiche der Arbeitswalzen erwärmt werden.
Beim Walzen, insbesondere beim reduzierenden Walzen, von Metallen ist die Ausbildung von Bandkantenfehlern ein bekanntes Problem. Aufgrund der aus der Umformarbeit zur Materialdickenreduzierung entstehenden Umformwärme und der Reibungswärme bildet sich beim Walzen ein thermisches Profil in den Arbeitswalzen aus. Infolge des sich ausbildenden thermischen Profils in den Arbeitswalzen kommt es zu einer lokalen Wärmedehnung und somit zu unterschiedlichen Durchmesserzuwächsen der Arbeitswalzen. Die aus dem Sprung des thermischen Profils an der Bandkante resultierenden senkrecht zur Walzrichtung verlaufenden Inhomogenitäten der Verformung der Arbeitswalzen lokalisieren sich insbesondere im Bereich der Bandkanten. Diese führen zu typischen Planheitsfehlern der Bandkanten nach dem Walzen.
Bei den konventionellen Verfahren wird über mechanische Planheitsstellglieder wie Arbeitswalzenbiegung, aufblasbare Stützwalzen oder hinterschliffene Arbeitswalzen versucht, die Planheit der Bandkanten positiv zu beeinflussen. Diese Verfahren können zwar das allgemeine Planheitsbild des Walzproduktes verbessern, eine Vermeidung oder Reduzierung von Bandkantenfehlern ist mit ihnen jedoch nicht möglich.
Bei neueren noch in der Entwicklung befindlichen Verfahren werden zur Lösung des Problems die Walzenränder mit heißen Schmierstoffen, zumeist durch Aufsprühen (hot edge spray), beaufschlagt, wobei die Beaufschlagung abhängig von einem Planheitsmesswert einer hinter dem Walzspalt angeordneten Planlageerfassung gesteuert wird. Durch die zusätzliche Energiezufuhr in den bandkantennahen Bereichen der Arbeitswalzen kann das sich ausbildende thermische Profil der Arbeitswalzen derart beeinflusst werden, dass die Inhomogenitäten der Verformung der Arbeitswalzen außerhalb des zu walzenden Metallbandes liegen. Aufgrund der schlechten Temperaturführung bei diesem Verfahren gelingt dies jedoch nur eingeschränkt.
Nachteilig bei den bisher bekannten Verfahren ist nun, dass aufgrund der Regelung mit Hilfe einer Planlageerfassung nur eine Ausregelung bereits entstandener Bandkantenfehler erfolgen kann. Die Bandkantenfehler können somit nicht unterbunden werden. Darüber hinaus muss bei dem "hot-edge-spray" Verfahren eine relativ hohe Heizleistung zur Verfügung gestellt werden, um Bandkantenfehler tatsächlich zu beeinflussen, da es bei dem oben genannten Verfahren aufgrund der nachführenden Regelung zu größeren Temperaturgradienten kommt, die unter Verwendung hoher Heizleistungen ausgeregelt werden müssen.
Ausgehend von dem erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung zu stellen, mit welchem bzw. mit welcher das Auftreten von Bandkantenfehlern effektiver verhindert werden kann.
Erfindungsgemäß ist die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe für ein Verfahren zur Planheitssteuerung eines Metallbandes beim Walzen dadurch gelöst, dass der Wärmebedarf der bandkantennahen Bereiche der Arbeitswalzen vorherbestimmt und abhängig davon die Mittel zum zumindest teilweisen Erwärmen der Arbeitswalzen gesteuert werden. Das erfindungsgemäße Vorherbestimmen des Wärmebedarfs der bandkantennahen Bereiche der Arbeitswalzen und die entsprechende Steuerung der Mittel zum zumindest teilweisen Erwärmen der Arbeitswalzen gewährleistet, dass sich die Arbeitswalzen über die Bandkante hinaus homogen thermisch ausdehnen und der Walzspalt damit auch im Bereich der Bandkanten konstant bleibt. Das Auftreten von Bandkantenfehlern kann somit effektiv unterdrückt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher ein vorsteuerndes Verfahren, welches nicht auf einen nachfolgende Messung der Planheit der Bandkante angewiesen ist, um Bankantenfehler zu unterdrücken.
Wird gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Planheitssteuerung eines Metallbandes beim Walzen der Wärmebedarf der neben dem Band befindlichen Zonen der Arbeitswalzen vorherbestimmt, so kann das Erwärmen der Arbeitswalzen auf die neben dem Band befindlichen Zonen beschränkt werden. Dabei wird nur die exakt benötigte Energiemenge zugeführt, um den Walzspalt an der Bandkante eben zu halten.
Dadurch, dass gemäß einer weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Planlageerfassung zur Verbesserung der Vorherbestimmung des Wärmebedarfs einen Planheitsmesswert des Metallbandes nach dem Walzen, insbesondere mit einer Planheitsmessrolle, ermittelt, kann die Planheit des gewalzten Metallbandes überprüft werden und Parameter zur Vorherbestimmung des Wärmebedarfs gegebenenfalls angepasst werden.
Eine besonders exakte Planheitssteuerung wird gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch erreicht, dass die Steuerung durch eine zumindest teilweise kontinuierliche Prozesssimulation den Wärmebedarf vorherbestimmt. Zusätzlich können auch Abweichungen im laufenden Betrieb der Walzen zur Vorherbestimmung des Wärmebedarfs berücksichtigt werden.
Die Genauigkeit der Vorherbestimmung des Wärmebedarfs kann dadurch weitergesteigert werden, indem gemäß einer weitergebildeten Ausführungsform die Prozesssimulation die Energiebilanz, insbesondere die Energieflüsse, zwischen dem Metallband und den Arbeitswalzen berechnet, um den Wärmebedarf vorherzubestimmen. Insbesondere können so die geleistete Umformarbeit, die entstehende Reibungswärme sowie die Wärmeleitung vom Metallband auf die Arbeitswalzen und umgekehrt berücksichtigt werden.
Vorteilhaft kann diese Ausführungsform weitergebildet werden, indem die Energieflüsse abhängig von Materialdaten des Metallbandes und/oder Daten des Walzgerüstes und/oder Daten der aktuellen Walzsituation und/oder des Planheitsmesswertes bestimmt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist damit weder auf ein bestimmtes Material des Metallbandes, beispielsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, beschränkt, noch gibt es Einschränkung bezüglich der zu verwendenden Walzgerüste. Das Verfahren ist damit bei nahezu allen Walzvorgängen einsetzbar, welche Planheitsfehler in Bandkantennähe als potentielle Fehlerquelle besitzen.
Dadurch, dass gemäß einer weitergebildeten nächsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Wärme zumindest teilweise kontinuierlich zugeführt wird, kommt es nicht zur Ausbildung großer zeitlicher Temperaturschwankungen in den neben dem Band befindlichen Zonen der Arbeitswalze, die ausgeregelt werden müssen. Die pro Walzenumdrehung einzubringende Wärme zur Kompensation ist damit relativ gering, welches zu geringen zu installierenden Heizleistungen und entsprechend kostengünstigen Bauweisen führt.
Erfolgt die Wärmezufuhr vor dem Einlauf des Metallbandes oder hinter dem Walzspalt, kann die Wärme direkt neben den Bereichen der Arbeitswalzen zugeführt werden, welche als nächstes Kontakt mit dem zu walzenden Metallband haben. Bevorzugt wird dabei die Erwärmung der Arbeitswalze direkt hinter dem Walzspalt, da das in den Bereich der Arbeitswalzen eingebrachte Wärmeprofil bereits durch Wärmedissipation geglättet ist, bevor der Bereich der Arbeitswalze mit dem zu walzenden Metallband in Kontakt tritt.
Gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Wärmezufuhr durch Induktion und/oder Konvektion und/oder Strahlung. Dies gewährleistet einerseits, dass die Wärmezufuhr, beispielsweise durch Widerstandserwärmung mittels Stromfluss durch die Arbeitswalzen selbst, Infrarotstrahlung, Laserstrahlung oder aber das Aufsprühen mit heißen Schmierstoffen, besonders genau kontrolliert und dosiert werden kann und andererseits, dass die benötigten Wärmequellen entsprechend klein und kompakt ausgeführt werden können.
Erfindungsgemäß werden die bisher bekannten Vorrichtungen zur Planheitssteuerung beim Walzen eines Metallbandes mit mindestens einem Walzgerüst mit Arbeitswalzen und Mitteln zum zumindest teilweisen Erwärmen der Arbeitswalzen dadurch verbessert, dass eine genaue Energiedosis gewährleistende Mittel, insbesondere induktiv arbeitende Mittel, zum zumindest teilweisen Erwärmen der Arbeitswalzen vorgesehen sind. Durch eine genaue Dosierung der zugeführten Wärme können auch bisher bekannte Vorrichtung zur Planheitssteuerung deutlich verbessert werden, da die bisher bekannten Systeme nur eine ungenaue Temperaturführung zulassen. Durch die verbesserte Temperaturführung kann das thermische Profil der Arbeitswalzen in Bandkantennähe genauer eingestellt und die Bandkantenfehler reduziert werden. Dabei eignen sich insbesondere induktiv arbeitende Mittel zum teilweisen Erwärmen der Arbeitswalzen zum Einsatz in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, da sie die benötigten Energiemengen bereitstellen können, eine genaue Dosierung dieser Energiemengen zulassen und darüber hinaus nicht störanfällig sind.
In dem bei einer weitergebildeten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Planheitssteuerung beim Walzen eines Metallbandes, eine den Wärmebedarf an den bandkantennahen Bereichen der Arbeitswalzen vorherbestimmende und die Mittel zum zumindest teilweisen Erwärmen der Arbeitswalzen steuernde Steuerung vorgesehen ist, kann das Auftreten von Bandkantenfehlern effektiv unterbunden werden und die Qualität der Walzprodukte weitergesteigert werden.
Die Vorherbestimmung des Wärmebedarfs der bandkantennahen Bereiche der Arbeitswalzen kann weiter verbessert werden, indem gemäß einer nächsten weitergebildeten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, eine Planheitsmessrolle zur Planlageerfassung des Metallbandes nach dem Walzen vorgesehen ist. Wie bereits geschildert, können durch die nachträgliche Überprüfung der Planheit die Parameter zur Vorherbestimmung des Wärmebedarfs angepasst werden.
Werden die Mittel zum zumindest teilweisen Erwärmen der Arbeitswalzen vor dem Einlauf des Metallbandes und/oder hinter dem Walzspalt angeordnet, so kann auf einfache Weise der Arbeitswalze in den bandkantennahen Bereichen die Wärme vor dem Kontakt mit dem zu walzenden Metallband zugeführt werden. Bevorzugt wird, wie oben bereits erwähnt, dabei die Anordnung der Mittel zum zumindest teilweisen Erwärmen hinter dem Walzspalt, da die Dissipation der zugeführten Wärme bis zum Kontakt der Arbeitswalzen mit dem zu walzenden Metallband zu einem besonders homogenen thermischen Profil der Arbeitswalzen führt.
Eine besonders genaue und schnelle Vorherbestimmung des Wärmebedarfs an den bandkantennahen Bereichen der Arbeitswalzen wird gemäß einer nächsten Ausführungsform dadurch erreicht, dass ein Prozessrechner mit integriertem Simulationsmodul als Steuerung vorgesehen ist.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Planheitssteuerung beim Walzen eines Metallbandes. Hierzu wird beispielsweise einerseits verwiesen auf die den Patentansprüchen 1 und 10 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1
schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Planheitssteuerung beim Walzen eines Metallbandes und
Fig. 2
den Verlauf des thermischen Profils einer Arbeitswalze im Bereich der Bandkante.
Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Planheitssteuerung beim Walzen eines Metallbandes 1 weist zwei Arbeitswalzen 2,3 in einem Walzgerüst, Mittel 4 zum zumindest teilweisen Erwärmen der Arbeitswalze 2, eine Steuerung 5 sowie eine Planheitsmessrolle 6 auf. Wird nun das Metallband 1 mit dieser Vorrichtung gewalzt, so berechnet die Steuerung 5 in einer Simulation des Walzprozesses zunächst die ideelle Walzarbeit die geleistet werden muss. Diese setzt sich zusammen aus der Umformarbeit zur Materialdickenreduzierung, der dabei entstehenden Umformwärme und der Reibungswärme im eigentlichen Walzprozess. In der Prozesssimulation wird nun für den Energieumsatz im Walzspalt die dem Band bzw. der Arbeitswalze zugeführte spezifische Wärmeleistung bezogen auf die Kontaktfläche berechnet. Aus der Summe dieser Wärmeleistung ergibt sich dann die Wärmeleistung, die der Arbeitswalze 2 zugeführt werden muss, um einen Sprung im thermischen Profil der Arbeitswalze 2 im Bereich der Bandkante zu kompensieren. Dabei greift die Steuerung 5 der Mittel 4 zum zumindest teilweisen Erwärmen der Arbeitswalze 2 bei der Vorherbestimmung des Wärmebedarfs über eine Prozesssimulation auf die Daten 8 des Walzgerüstes sowie Materialdaten 9 des zu walzenden Werkstoffes zurück. Als Mittel 4 zum zumindest teilweisen Erwärmen der Arbeitswalzen 2 ist hier eine induktive Wärmequelle vorgesehen, welche hinter dem Walzspalt 7 angeordnet ist. Diese Anordnung erlaubt eine Glättung des auf der Arbeitswalze entstehenden thermischen Profils in Umfangrichtung durch Wärmedissipation, welches durch die exakt arbeitende induktive Wärmequelle beeinflusst wird. Das thermische Profil der Arbeitswalze 2 ist damit auch in axialer Richtung nahezu konstant. Zusätzlich kann mit Hilfe der Planheitsmessrolle 6, die hinter dem Walzspalt 7 angeordnet ist, eine Planlageerfassung durchgeführt werden, deren Daten zur Verbesserung der Vorherbestimmung des Wärmebedarfs herangezogen werden können. Ein Bandkantenfehler kann somit durch die Korrektur des Profils der Arbeitswalze bereits vor seiner Entstehung unterbunden werden.
Die Vorherbestimmung des Wärmebedarfs soll nun anhand einer Beispielrechnung erläutert werden. Zu Grunde gelegt werden dabei folgende typische Daten eines Aluminiumbandstiches:
Stichabnahme 0,5 mm an 0,275 mm,
Bandbreite 1325 mm,
Legierung AA 1050,
Bandtemperatur 25°C,
Walzgeschwindigkeit 1200 m/min,
Bandvorzug 15 kN,
Bandrückzug 10 kN,
Arbeitswalzendurchmesser 370 mm,
Öltemperatur 38°C.
Anhand dieser Daten ergibt die Prozesssimulation eine ideelle Walzarbeit von 919 kW. Aus der Energiebilanz der Umformarbeit zur Materialdickenreduzierung, der dabei entstehenden Umformwärme und der Reibungswärme im Walzprozess ergibt sich aus der Simulation des Energieumsatzes im Walzspalt, dass dem Band eine spezifische Wärmeleistung von 44,6 W/mm2 und der Walze eine Wärmeleistung von 7,8 W/mm2 bezogen auf die Kontaktfläche zugeführt wird. Die Berechnung ergibt, dass die Mittel 4 zum zumindest teilweisen Erwärmen der Arbeitswalze der Arbeitswalze 2 neben der Bandkante eine Leistung von 52 W/mm2 zuführen muss.
Die Wirkung dieser Wärmezuführung wird in der schematischen Darstellung des bandkantennahen Bereichs der Arbeitswalzen 10 in Fig. 2 dargestellt. Fig. 2 zeigt dabei den Bereich einer Bandkante eines Metallbandes 1 sowie das thermische Profil 11,12 der Arbeitswalzen im Bandkantenbereich 10 mit und ohne Kantenerwärmung. Das thermische Profil der Arbeitswalzen ohne Kantenerwärmung 11 ist im Bereich der Bandkante nicht homogen, da aufgrund der nach außen hin abnehmenden Temperatur der Arbeitswalze der Durchmesser der Arbeitswalze bereits im Bereich der Bandkante abnimmt. Wird nun eine zusätzliche Heizzone 4 im Bandkantenbereich 10, insbesondere direkt neben den Zonen der Arbeitswalze, welche im Kontakt mit dem Metallband stehen, angeordnet, so kann durch gezielte Zuführung von Wärme das thermische Profil der Arbeitswalzen verändert werden. Wie das thermische Profil der Arbeitswalzen mit Kantenerwärmung 12 zeigt, ist durch die zusätzliche Wärmezufuhr mittels der Wärmequelle 4 das thermische Profil im Bereich der Bandkanten konstant. Das komplette Metallband unterliegt damit den gleichen Walzbedingungen, so dass Bandkantenfehler verhindert werden. Durch die zusätzliche Wärmezufuhr wird der ebene Teil der Walzspaltöffnung um die in Fig. 2 mit δX bezeichnete Strecke über die Berührfläche mit dem Metallband 1 hinausgezogen.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Planheitssteuerung eines Metallbandes beim Walzen, insbesondere beim reduzierenden Walzen, mit Hilfe mindestens eines Walzgerüstes mit Arbeitswalzen, Mitteln zum zumindest teilweisen Erwärmen der Arbeitswalzen und einer Steuerung, bei welchem der Wärmebedarf bandkantennaher Bereiche der Arbeitswalzen bestimmt wird und die entsprechenden Bereiche der Arbeitswalzen erwärmt werden,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Wärmebedarf der bandkantennahen Bereiche der Arbeitswalzen vorherbestimmt und abhängig davon die Mittel zum zumindest teilweisen Erwärmen der Arbeitswalzen gesteuert werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Wärmebedarf der neben dem Band befindlichen Zonen der Arbeitswalzen vorherbestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Planlageerfassung zur Verbesserung der Vorherbestimmung des Wärmebedarfs einen Planheitsmesswert des Metallbandes nach dem Walzen insbesondere mit einer Planheitsmessrolle ermittelt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Steuerung durch eine zumindest teilweise kontinuierliche Prozesssimulation den Wärmebedarf vorherbestimmt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Prozesssimulation die Energiebilanz, insbesondere die Energieflüsse, zwischen dem Metallband und den Arbeitswalzen berechnet, um den Wärmebedarf vorherzubestimmen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Energieflüsse abhängig von Materialdaten des Metallbandes und/oder Daten des Walzgerüstes und/oder Daten der aktuellen Walzsituation und/oder des Planheitsmesswertes bestimmt werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Wärme zumindest teilweise kontinuierlich zugeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Wärmezufuhr vor dem Einlauf des Metallbandes oder hinter dem Walzspalt erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Wärmezufuhr durch Induktion und/oder Konvektion und/oder Strahlung und/oder Wärmeleitung erfolgt.
  10. Vorrichtung zur Planheitssteuerung beim Walzen eines Metallbandes mit mindestens einem Walzgerüst mit Arbeitswalzen und Mitteln zum zumindest teilweisen Erwärmen der Arbeitswalzen
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine genaue Energiedosis gewährleistende Mittel, insbesondere induktiv arbeitende Mittel, zum zumindest teilweisen Erwärmen der Arbeitswalzen vorgesehen sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine den Wärmebedarf an den bandkantennahen Bereichen der Arbeitswalzen vorherbestimmende und die Mittel zum zumindest teilweisen Erwärmen der Arbeitswalzen steuernde Steuerung vorgesehen ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Planheitsmessrolle zur Planlageerfassung des Metallbandes nach dem Walzen vorgesehen ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Mittel zum zumindest teilweisen Erwärmen der Arbeitswalzen vor dem Einlauf des Metallbandes und/oder hinter dem Walzspalt angeordnet sind.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Prozessrechner mit integriertem Simulationsmodul als Steuerung vorgesehen ist.
EP03003777A 2002-02-19 2003-02-19 Bandkanten-Planheitssteuerung Expired - Lifetime EP1336437B1 (de)

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DE10206758A DE10206758B4 (de) 2002-02-19 2002-02-19 Bandkanten-Planheitssteuerung
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Application Number Title Priority Date Filing Date
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