EP1425116A1 - Walzgerüst zur herstellung von walzband - Google Patents

Walzgerüst zur herstellung von walzband

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EP1425116A1
EP1425116A1 EP02776955A EP02776955A EP1425116A1 EP 1425116 A1 EP1425116 A1 EP 1425116A1 EP 02776955 A EP02776955 A EP 02776955A EP 02776955 A EP02776955 A EP 02776955A EP 1425116 A1 EP1425116 A1 EP 1425116A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contour
rolls
bale
roll
roller
Prior art date
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Granted
Application number
EP02776955A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1425116B1 (de
Inventor
Alois Seilinger
Andreas Mayrhofer
Alexander Kainz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH filed Critical Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
Publication of EP1425116A1 publication Critical patent/EP1425116A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1425116B1 publication Critical patent/EP1425116B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B13/00—Metal-rolling stands, i.e. an assembly composed of a stand frame, rolls, and accessories
    • B21B13/14—Metal-rolling stands, i.e. an assembly composed of a stand frame, rolls, and accessories having counter-pressure devices acting on rolls to inhibit deflection of same under load; Back-up rolls
    • B21B13/142—Metal-rolling stands, i.e. an assembly composed of a stand frame, rolls, and accessories having counter-pressure devices acting on rolls to inhibit deflection of same under load; Back-up rolls by axially shifting the rolls, e.g. rolls with tapered ends or with a curved contour for continuously-variable crown CVC
    • 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
    • B21B37/40—Control of flatness or profile during rolling of strip, sheets or plates using axial shifting of the rolls

Definitions

  • the invention relates to a roll stand for the production of rolled strip with work rolls, which are optionally supported on support rolls or support rolls and intermediate rolls, the work rolls and / or support rolls and / or intermediate rolls being arranged axially displaceably relative to one another in the roll stand and each roll of at least one of these roll pairs over has the entire effective bale length, curved contour and these two bale contours complement each other only in a certain relative axial position of the rollers of the roller pair in the unloaded state.
  • a roll stand of the generic type is already known from EP-B 0 049 798, in which the shape of the roll gap and thus the surface contour of the rolled strip is influenced exclusively by the axial displacement of the rolls designed with curved contours.
  • the two interacting rollers of a pair of rollers have an identical shape, are installed rotated through 180 ° and complement each other in a certain axial displacement position.
  • This special roller grinding makes it possible to compensate for the parabolic roller bend deflection that is dependent on the respective load conditions, so that there is no longer a need to change the roller when the load conditions change significantly, which is quite common with rollers with parabolic roller bale grinding.
  • the roll barrel contours which are complementary complementary rolls in an axial displacement position, are formed by a 5th order curve, the respective curves on the rolls are designed in such a way that they have a maximum and a minimum of the slope of the curves in the neutral roller position in the longitudinal areas on both sides of the center.
  • the object of the present invention is to provide a further advantageous solution for a roll stand, in which the shape of the roll gap, i.
  • the course of the thickness of the roll gap over the active roll length can be varied in such a way that a flat and undulated strip that meets the highest quality standards is achieved.
  • the roll gap contour follows the general equation with s displacement of the upper roller from the center position G 0
  • the contour coefficient A is determined here by the axial displacement range and the corresponding equivalent roller crowns in the extreme positions of the rollers.
  • Equivalent crowning is understood here to mean the crowning of conventional, cosine-shaped ground rolls, which together generate exactly the same empty roll gap profile.
  • the current roll contour and thus the course of the roll gap can be influenced without changing the equivalent crowning of the rolls.
  • the positive effect with regard to avoiding quarter wave formation arises because an increase in the contour angle leads to a reduction in the roll barrel diameter in the area between the roll edge and the middle of the roll, which ultimately results in less roll deformation in this area, which is critical for quarter wave formation.
  • the tilting coefficient (B) thus smoothes the contour of the roll barrel and the distribution of forces.
  • the introduction of a tilt coefficient into the contour equation of the roll bales thus has a favorable influence on the loads on the rolls and bearings of the roll stand, but does not show any fundamental influence on the roll gap geometry, as the comparison of the two roll gap equations using a sine function and a tilted sine function for the roll bale contour shows.
  • a contour angle ( ⁇ ) is selected for the curved bale contour of the roller in accordance with the condition 0 ° ⁇ ⁇ 180 °, preferably 50 ° ⁇ ⁇ 8Q ° , This ensures that, depending on the selected direction of displacement, the roll gap continuously increases or decreases starting from a central maximum or minimum value towards the roll edges.
  • a contour angle ⁇ > 180 ° there is a reversal in the constant decrease or increase in the roll gap in the edge region of the grinding reference length and thus undesirable influences on the quality of the Rolled strip.
  • the axial forces to be derived into the roller support bearings are minimized if the tilting coefficient (B) in the equation for the bale contour of each roller is selected so that the maximum difference in diameter of the bale contours within the grinding reference length or the bale length is a minimum.
  • An influencing of the rolls which improves the strip quality can be achieved if additional actuators, at least in sections influencing the bale contour, are positioned in operative connection with the work rolls and / or backup rolls and / or intermediate rolls, such as work roll cooling or zone cooling, in the roll stand.
  • additional actuators at least in sections influencing the bale contour
  • Corresponding effects can also be achieved by roller bending devices or heating devices which can be activated in zones.
  • the roll stand is integrated into a profile or flatness control loop.
  • the work rolls and / or back-up rolls and / or intermediate rolls are connected to a control device for profile or flatness control by means of the shifting devices assigned to them, as well as any necessary measuring devices for detecting the state of the incoming or outgoing strip and possibly additional actuators
  • the control device is assigned a computing unit that generates control signals for tracking the work rolls and / or back-up rolls and / or intermediate rolls and possibly additional actuators using mathematical models, possibly using a neural network, and with the work rolls and / or back-up rolls and / or intermediate rollers and, if appropriate, additional actuators assigned to actuators, positions corresponding to the control signals can be approached.
  • the measuring devices collect strip-specific data, such as profile profile, tension conditions, temperature profiles and rolling forces.
  • 1 is a schematic representation of a duo roll stand with work rolls according to the invention
  • 2 is a schematic representation of a four-high mill stand with backup rolls according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a six-high rolling stand with intermediate rolls according to the invention
  • Fig. 8 shows the roll gap contour depending on the roll displacement s
  • FIG. 1 to 3 schematically show various types of roll stands which are suitable for the application of the invention and whose basic structure is known from the prior art, for example EP-B 0 049 798.
  • Fig. 1 shows a duo roll stand 1 with stand 2 and a pair of work rolls 3, 4, which are rotatably supported in chocks 5, 6 in the two stand 2. Adjusting devices 7 enable the two work rolls 3, 4 to be set against the rolling strip 9 running through the roll gap 8.
  • the two work rolls 3, 4 are axial via the roll journals 10, 11 in the chocks 5, 6, which also include displacement devices 12, 13 slidably supported.
  • the roll bales 1 of both work rolls 3, 4 are equipped with a curved bale contour 15 over their entire effective bale length, these bale contours 15 complementing each other complementarily in a certain relative axial position of the work rolls in the unloaded state. This is possible either inside or outside the axial displacement range of the work rolls 3, 4.
  • FIGS. 2 and 3 shows a further schematic representation of a four-high roll stand 17 with work rolls 3, 4 and support rolls 18, 19.
  • the support rolls 18, 19 are equipped with a curved bale contour 15 and are axially displaceably supported.
  • 3 shows a six-high roll stand 20 with work rolls 3, 4, Back-up rolls 18, 19 and intermediate rolls 21, 22.
  • the intermediate rolls 21, 22 are equipped with a curved bale contour 15 and are supported axially displaceably. While the bale contour acts directly on the rolled strip in the duo mill stand, in the roll stands according to FIGS. 2 and 3 there is a change in the roll gap contour generated by the essentially cylindrical work rolls due to the action of the support provided with a curved bale contour. or intermediate rolls.
  • FIG. 4 shows the curved contour profile on the roll barrel of the upper and lower work rolls of a duo roll stand on the basis of a sine function with a roll barrel length of 1540 mm and a contour angle of 72 °. With a work roll shift of approximately ⁇ 60 mm, there are already striking differences in diameter over the bale length.
  • FIG. 5 shows the curved contour profile on the roll barrel on the basis of a tilted sine function. The differences in diameter across the length of the roll are much smaller here and illustrate the smoothing effect described. Tests have shown that roller bales contoured in this way can produce a flat and shaft-free rolled strip that meets the highest quality requirements.
  • the input variables are the grinding reference length or the bale length, the displacement range, the equivalent roller crowns in the extreme displacement positions and the contour angle.
  • Fig. 6 the example of a contour angle of 70 ° illustrates the importance of this variable for a certain standardized roll gap profile.
  • the contour angle defines that section of the cosine curve that corresponds to half the grinding reference length on the bale.
  • the contour of the bale can be influenced by varying the angle of the contour.
  • the choice of a larger contour angle leads to a smaller diameter of the roll barrel in an area between the middle of the roll and the edge of the roll, so that in this area one lower local degree of reduction in the rolled strip thickness and ultimately to a minimization of quarter wave formation.
  • the influence of the contour angle on the empty roll gap contour is shown in FIG. 7 and clearly shows the diameter variation in the quarter range.
  • the roll gap contour In order to be able to use the rolls equipped with the bale contour described for dynamic flatness control, the roll gap contour must be determined by the shift position of the rolls relative to one another and must be continuously variable over the shift range. These relationships are shown in FIG. 8 for three exemplary values of the roll displacements of the upper roll (s) of -60 mm, 0 mm (no displacement) and +60 mm and show the effective range of the roll stand that can be used.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Bei einem Walzgerüst zur Herstellung von Walzband, welches mit gegeneinander axial verschiebbaren Walzen ausgerüstet ist, die eine über die gesamte wirksame Ballenlänge verlaufende, gekrümmte Kontur aufweisen und die sich ausschliesslich in einer bestimmten relativen Axialstellung der Walzen im unbelasteten Zustand komplementär ergänzen, soll durch axiales Verschieben der mit einer Walzenballenkontur ausgestatteten Walzen zueinander der Dickenverlauf des Walzspaltes über die aktive Walzenballenlänge so variiert werden, dass ein ebenes und wellenfreies Band erzielt wird. Dies erfolgt dadurch, dass der Verlauf der Ballenkontur der Walzen eines Walzenpaares von einer trigonometrischen Funktion gebildet ist und auch die Walzspaltkontur in Abhängigkeit vom Verlauf der Ballenkontur und der Position der Walzen innerhalb des axialen Verschiebebereichs von einer trigonometrischen Funktion gebildet ist.

Description

Walzqerüst zur Herstellung von Walzband
Die Erfindung betrifft ein Walzgerüst zur Herstellung von Walzband mit Arbeitswalzen, die sich gegebenenfalls an Stützwalzen oder Stützwalzen und Zwischenwalzen abstützen, wobei die Arbeitswalzen und/oder Stützwalzen und/oder Zwischenwalzen im Walzgerüst gegeneinander axial verschiebbar angeordnet sind und jede Walze mindestens eines dieser Walzenpaare eine über die gesamte wirksame Ballenlänge verlaufende, gekrümmte Kontur aufweist und sich diese beiden Ballenkonturen ausschließlich in einer bestimmten relativen Axialstellung der Walzen des Walzenpaares im unbelasteten Zustand komplementär ergänzen.
Zur Erzeugung eines planen Walzbandes mit definiertem Querschnittsprofil ist es notwendig, konturbeeinflussende Maßnahmen zu setzen, wie beispielsweise die Anwendung von Walzenbiegeeinrichtungen, mit denen die Walzkraftaufbringung auf das Band und die Austrittsdickenverteilung über die Bandbreite gezielt beeinflusst werden können.
Aus der EP-B 0 049 798 ist bereits ein Walzgerüst der gattungsbildenden Art bekannt, bei dem die Gestalt des Walzspaltes und damit die Oberflächenkontur des Walzbandes ausschließlich durch die Axialverschiebung der mit gekrümmten Konturen ausgebildeten Walzen beeinflusst wird. Die beiden zusammenwirkenden Walzen eines Walzenpaares weisen identische Form auf, sind um 180° gedreht eingebaut und ergänzen sich in einer bestimmten axialen Verschiebestellung komplementär. Durch diesen besonderen Walzenschliff ist es möglich, die von den jeweiligen Belastungverhältnissen abhängige parabolische Walzenballendurchbiegung unter Last zu kompensieren, sodass es eines notwendigen Walzenwechsels bei wesentlicher Änderung der Belastungsverhältnisse, der bei Walzen mit parabolischen Walzenballenschliff durchaus üblich ist, nicht mehr bedarf. In der EP-B 294 544 wird darauf hingewiesen, dass die im wesentlichen von quadratischen Anteilen bestimmte parabolische Durchbiegung durch axial verschiebbare Walzen mit der beschriebenen Walzenkontur zwar kompensiert werden kann, jedoch übermäßige Streckungen in den Randbereichen oder in den Viertelbereichen des Walzbandes zu Randbeziehungsweise Viertelwellenbildung führen kann. Diese Nachteile wären zwar mit zusätzlichen Walzenbiegeeinrichtungen, zweckmäßig in Kombination mit einer Zonenkühlung, beherrschbar, jedoch wären damit wesentliche Vorteile der solcherart konturierten Walzen wieder verloren. Nach der EP-B 294 544 wird zur Vermeidung dieser Rand- bzw. Viertelwellenbildung am Walzband vorgeschlagen, dass die Walzenballenkonturen, der sich in einer axialen Verschiebestellung komplementär ergänzenden Walzen, von einer Kurve 5. Ordnung gebildet sind, wobei die jeweiligen Kurven auf den Walzen so angelegt sind, dass sie in neutraler Walzenstellung in beiderseits der Mitte gelegenen Längenbereichen jeweils ein Maximum und ein Minimum der Steigung der Kurven aufweisen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine weitere vorteilhafte Lösung für ein Walzgerüst anzugeben, bei der durch axiales Verschieben der mit einer Walzenballenkontur ausgestatteten Walzen zueinander die Gestalt des Walzspaltes, d.h. der Dickenverlauf des Walzspaltes über die aktive Walzenballenlange, solcherart variiert werden kann, dass ein höchste Qualitätsansprüche erfüllendes, ebenes und wellenfreies Band erzielt wird.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass der Verlauf der Ballenkontur der Walzen eines Walzenpaares von einer trigonometrischen Funktion gebildet ist und auch die Walzspaltkontur in Abhängigkeit vom Verlauf der Ballenkontur und der Position der Walzen innerhalb des axialen Verschiebebereichs von einer trigonometrischen Funktion gebildet ist.
Versuche haben gezeigt, dass gute Ergebnisse erzielbar sind, wenn die trigonometrische Funktion der Ballenkontur von einer Sinusfunktion und die Walzspaltkontur von einer sich davon ableitenden Kosinusfunktion gebildet ist. Die Ballenkontur folgt hierbei der allgemeinen Gleichung
mit
R Radius der Walze x Axialpösition bezüglich der Walzenmitte (= Abstand von der Walzenmitte)
Ro Walzenradiusoffset (=Radius der Walze im Konturwendepunkt)
A Konturkoeffizient φ Konturwinkel c Konturverschiebung
LREF Schliffreferenzlänge
Die Walzspaltkontur folgt hierbei der allgemeinen Gleichung mit s Verschiebung der oberen Walze aus der Mittenlage G0 Walzspaltoff set
und ergibt sich aus den Konturgleichungen der beiden Walzenballen unter Einbeziehung des Verschiebeweges (s) einer der Walzen aus der Mittenlage.
Der Konturkoeffizient A wird hierbei durch den axialen Verschiebebereich und die entsprechenden äquivalenten Walzenballigkeiten in den Extrempositionen der Walzen bestimmt. Unter äquivalenter Balligkeit versteht man hierbei jene Balligkeit von konventionellen, kosinusförmig geschliffenen Walzen, die zusammen exakt dasselbe Leerwalzspaltprofil generieren.
Durch Variieren des Konturwinkels φ, welcher sich auf die halbe Schliffreferenzlänge bezieht, kann die aktuelle Walzenkontur und damit der Verlauf des Walzspaltes beeinflusst werden, ohne die äquivalenten Balligkeiten der Walzen zu ändern. Der positive Effekt hinsichtlich Vermeidung der Viertelwellenbildung stellt sich ein, weil eine Vergrößerung des Konturwinkels zu einer Verkleinerung des Walzenballendurchmessers im Bereich zwischen dem Walzenrand und der Walzenmitte führt, wodurch letztlich eine geringere Walzverformung in diesem für die Viertelwellenbildung kritischen Bereich auftritt.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung eines Walzgerüstes ist gegeben, wenn die trigonometrische Funktion der Ballenkontur von einer gekippten Sinusfunktion entsprechend der allgemeinen Gleichung
mit
B Kippkoeffizient
und die Walzspaltkontur von einer sich davon ableitenden Kosinusfunktion entsprechend der allgemeinen Gleichung
mit s Verschiebung der oberen Walze aus der Mittenlage GoWalzspaltoffset
gebildet ist.
Durch Einfügen des linearen Gliedes B*(x+c) in die Gleichung der Ballenkontur wird ein Kippen der Sinusfunktion ermöglicht und durch geeignete Wahl des Koeffizienten (B) eine Minimierung der Durchmesserunterschiede entlang der Ballenkontur erreicht. Die durch die gekippte Sinusfunktion erzielte Minimierung der Durchmesserunterschiede entlang der wirksamen Walzenballenlange führt gleichzeitig zu einer Verringerung der während des Walzvorganges in die Walzenstützlager abgeleiteten Axialkräfte. Bei Walzgerüsten, die zusätzlich zu den mit einer Ballenkontur versehenen Arbeitswalzen mit Stützwalzen ausgerüstet sind, führt die Optimierung des Kippkoeffizienten zu einer Verringerung der maximalen lokalen Kontaktdrücke auf die Stützwalzen, bzw. generell zu einer gleichmäßigeren Kräfteverteilung auf die benachbarten Walzen. Der Kippkoeffizient (B) bewirkt somit eine Glättung des Konturverlaufs am Walzenballen und der Kräfteverteilung. Das Einführen eines Kippkoeffizienten in die Konturgleichung der Walzenballen beeinflusst somit zwar die Belastungen der Walzen und Lager des Walzgerüstes günstig, zeigt jedoch keinen grundlegenden Einfluss auf die Walzspaltgeometrie, wie der Vergleich der beiden Walzspaltgleichungen bei Zugrundelegung einer Sinusfunktion und einer gekippten Sinusfunktion für die Walzenballenkontur zeigt.
Wie aus der obigen Formel für G(x,s) ersichtlich, tritt die komplementäre Ergänzung der beiden Ballenkonturen dann ein, wenn die Verschiebung der oberen Arbeitswalze der Konturverschiebung c entspricht und gleichzeitig eine gegengleiche Verschiebung der unteren Arbeitswalze um s = -c erfolgt. Diese Position kann dabei sowohl innerhalb als auch außerhalb des Arbeitsbereichs der axialen Verschiebung liegen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der gekrümmten Ballenkontur ergibt sich, wenn bei vorgegebener Schliffreferenzlänge (LREF) für die gekrümmte Ballenkontur der Walze ein Konturwinkel (φ) entsprechend der Bedingung 0° < φ < 180° , vorzugsweise 50° < φ < 8Q°, gewählt wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Walzspalt je nach gewählter Verschieberichtung ausgehend von einem zentralen Maximal- oder Minimalwert zu den Walzenrändern hin stetig ab- oder zunimmt. Bei einem Konturwinkel φ > 180° kommt es zu einer Umkehr in der stetigen Abnahme oder Zunahme des Walzspaltes im Randbereich der Schliffreferenzlänge und damit zu unerwünschten Einflüssen auf die Qualität des Walzbandes. Bei Annäherung des Konturwinkels an den Wert φ = 0 kommt es asymptotisch zur Ausbildung einer parabolischen Walzspaltkontur.
Zu einer Minimierung der in die Walzenstützlager abzuleitenden Axialkräfte kommt es annähernd dann, wenn der Kippkoeffizient (B) in der Gleichung für die Ballenkontur jeder Walze so gewählt ist, dass der maximale Durchmesserunterschied der Ballenkonturen innerhalb der Schliffreferenzlänge bzw. der Ballenlänge ein Minimum ist.
Eine die Bandqualität verbessernde Beeinflussung der Walzen ist erzielbar, wenn im Walzgerüst zusätzlich weitere die Ballenkontur zumindest abschnittsweise beeinflussende Aktuatoren in Wirkverbindung mit den Arbeitswalzen und/oder Stützwalzen und/oder Zwischenwalzen positioniert sind, wie beispielsweise eine Arbeitswalzenkühlung oder eine Zonenkühlung. Entsprechende Effekte können auch durch Walzenbiegeeinrichtungen oder zonenweise zuschaltbare Heizeinrichtungen realisiert werden.
Um eine fortlaufende Kontrolle und Beeinflussung der Bandqualität sicherzustellen, ist eine Einbindung des Walzgerüstes in einen Profil- oder Planheitsregelkreis vorgesehen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Arbeitswalzen und/oder Stützwalzen und/oder Zwischenwalzen durch die ihnen zugeordneten Verschiebeeinrichtungen, sowie gegebenenfalls notwendige Messeinrichtungen zur Erfassung des Zustandes des ein- bzw. auslaufenden Bandes und gegebenenfalls zusätzliche Aktuatoren mit einer Regeleinrichtung zur Profil- oder Planheitsregelung verbunden sind, dass der Regeleinrichtung eine Recheneinheit zugeordnet ist, die unter Verwendung mathematischer Modelle, gegebenenfalls unter Verwendung eines neuronalen Netzwerkes, Steuersignale für die Nachführung der Arbeitswalzen und/oder Stützwalzen und/oder Zwischenwalzen und gegebenenfalls zusätzlicher Aktuatoren generiert und mit den Arbeitswalzen und/oder Stützwalzen und/oder Zwischenwalzen und gegebenenfalls zusätzlicher Aktuatoren zugeordneten Stellgliedern den Steuersignalen entsprechende Positionen anfahrbar sind. Mit den Messeinrichtungen werden bandspezifische Daten erhoben, wie beispielsweise Profilverlauf, Spannungsverhältnisse, Temperaturprofile und Walzkräfte.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen wird, die Folgendes zeigen:
Fig. 1 die schematische Darstellung eines Duo-Walzgerüstes mit Arbeitswalzen entsprechend der Erfindung, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Quarto-Walzgerüstes mit Stützwalzen entsprechend der Erfindung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Sexto-Walzgerüstes mit Zwischenwalzen entsprechend der Erfindung,
Fig. 4 die erfindungsgemäße Walzenballenkontur auf der Grundlage einer Sinusfunktion,
Fig. 5 die erfindungsgemäße Walzenballenkontur auf der Grundlage einer gekippten Sinusfunktion,
Fig. 6 eine geometrische Definition des Konturwinkels,
Fig. 7 die Leerwalzspaltkontur in Abhängigkeit vom Konturwinkel,
Fig. 8 die Walzspaltkontur in Abhängigkeit von der Walzenverschiebung s
In den Fig.1 bis 3 sind verschiedene Gattungen von Walzgerüsten schematisch dargestellt, die für die Anwendung der Erfindung in Frage kommen und aus dem Stand der Technik, beispielsweise der EP-B 0 049 798, in ihrer Grundstruktur bekannt sind.
Fig. 1 zeigt ein Duo-Walzgerüst 1 mit Gerüstständer 2 und einem Paar Arbeitswalzen 3, 4, die in den beiden Gerüstständern 2 in Einbaustücken 5, 6 drehbar abgestützt sind. AnStellvorrichtungen 7 ermöglichen die Anstellung der beiden Arbeitswalzen 3, 4 gegen das durch den Walzspalt 8 laufende Walzband 9. Die beiden Arbeitswalzen 3, 4 sind über die Walzenzapfen 10, 11 in den Einbaustücken 5, 6, die auch Verschiebeeinrichtungen 12, 13 umfassen, axial verschiebbar abgestützt. Die Walzenballen 1 beider Arbeitswalzen 3, 4 sind über ihre gesamte wirksame Ballenlänge mit einer gekrümmten Ballenkontur 15 ausgestattet, wobei sich diese Ballenkonturen 15 in einer bestimmten relativen Axialstellung der Arbeitswalzen im unbelasteten Zustand komplementär ergänzen. Dies ist entweder innerhalb oder außerhalb des axialen Verschiebebereiches der Arbeitswalzen 3, 4 möglich.
Fig. 2 zeigt in einer weiter schematisierten Darstellung ein Quarto-Walzgerüst 17 mit Arbeitswalzen 3, 4 und Stützwalzen 18, 19. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Stützwalzen 18, 19 mit einer gekrümmten Ballenkontur 15 ausgestattet und axial verschiebbar abgestützt. Analog zeigt Fig. 3 ein Sexto-Walzgerüst 20 mit Arbeitswalzen 3, 4, Stützwalzen 18, 19 und Zwischenwalzen 21 , 22. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Zwischenwalzen 21 , 22 mit einer gekrümmten Ballenkontur 15 ausgestattet und axial verschiebbar abgestützt. Während beim Duo-Walzgerüst die Ballenkontur direkt auf das Walzband einwirkt, kommt es bei den Walzgerüsten nach den Fig. 2 und Fig. 3 zu einer Veränderung der von den im wesentlichen zylindrischen Arbeitswalzen erzeugten Walzspaltkontur durch das Einwirken der mit einer gekrümmten Ballenkontur versehenen Stütz- bzw. Zwischenwalzen.
Der Verlauf der Ballenkontur der Walzen eines Walzenpaares ist von einer trigonometrischen Funktion, vorzugsweise einer Sinusfunktion gebildet, wobei mit einer von einer gekippten Sinusfunktion erzeugten Ballenkontur besondere Vorteile erzielt werden, die in einer möglichen Minimierung der Durchmesserunterschiede entlang der Ballenkontur liegen. Fig. 4 zeigt den gekrümmten Konturverlauf am Walzenballen der oberen und unteren Arbeitswalzen eines Duo-Walzgerüstes auf der Grundlage einer Sinusfunktion bei einer Walzenballenlange von 1540 mm und einem Konturwinkel von 72°. Bei einer Arbeitswalzenverschiebung von etwa ±60 mm zeigen sich bereits markante Durchmesserunterschiede über die Ballenlänge.
Demgegenüber zeigt Fig. 5 den gekrümmten Konturverlauf am Walzenballen auf der Grundlage einer gekippten Sinusfunktion. Die Durchmesserunterschiede über die Walzenballenlange sind hier wesentlich geringer und verdeutlichen den beschriebenen Glättungseffekt. Versuche haben gezeigt, dass mit derart konturierten Walzenballen ein höchste Qualitätsanforderungen erfüllendes, ebenes und wellenfreies Walzband produziert werden kann.
Vorteile bestehen hinsichtlich der unmittelbar anschaulichen Eingabegrößen und der damit einfacheren Übertragbarkeit auf andere Gerüstkonfigurationen. Eingabegrößen sind die Schliffreferenzlänge bzw. die Ballenlänge, der Verschiebebereich, die äquvalenten Walzenballigkeiten in den extremen Verschiebepositionen sowie der Konturwinkel.
In Fig. 6 ist am Beispiel eines Konturwinkels von 70° die Bedeutung dieser Größe für ein bestimmtes normiertes Walzspaltprofil veranschaulicht. Der Konturwinkel definiert jenen Ausschnitt der Kosinuskurve, der der halben Schliffreferenzlänge am Ballen entspricht.
Die Ballenkontur kann durch Variation des Konturwinkels beeinflusst werden. Die Wahl eines größeren Konturwinkels führt zu einem geringeren Durchmesser des Walzenballens in einem Bereich zwischen Walzenmitte und Walzenrand, damit in diesem Bereich zu einem geringeren lokalen Reduktiongrad in der Walzbanddicke und letztlich zu einer Minimierung der Viertelwellenbildung. Der Einfluss des Konturwinkels auf die Leerwalzspaltkontur ist in Fig. 7 dargestellt und zeigt deutlich die Durchmesservariation im Viertelbereich.
Um die mit der beschriebenen Ballenkontur ausgestatteten Walzen für eine dynamische Planheitsregelung einsetzen zu können, muss die Walzspaltkontur durch die Verschiebeposition der Walzen zueinander bestimmt und über den Verschiebebereich kontinuierlich veränderlich sein. Diese Verhältnisse sind in Fig. 8 für drei beispielhafte Werte der Walzenverschiebungen der Oberwalze (s) von -60 mm, 0 mm (keine Verschiebung) und +60 mm dargestellt und zeigen den einsetzbaren Wirkbereich des Walzgerüstes.

Claims

Patentansprüche:
1 . Walzgerüst zur Herstellung von Walzband mit Arbeitswalzen, die sich gegebenenfalls an Stützwalzen oder Stützwalzen und Zwischenwalzen abstützen, wobei die Arbeitswalzen und/oder Stützwalzen und/oder Zwischenwalzen im Walzgerüst gegeneinander axial verschiebbar angeordnet sind und jede Walze mindestens eines dieser Walzenpaare eine über die gesamte wirksame Ballenlänge verlaufende, gekrümmte Kontur aufweist und sich diese beiden Ballenkonturen ausschließlich in einer bestimmten relativen Axialstellung der Walzen des Walzenpaares im unbelasteten Zustand komplementär ergänzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Ballenkontur der Walzen eines Walzenpaares von einer trigonometrischen Funktion gebildet ist und auch die Walzspaltkontur in Abhängigkeit vom Verlauf der Ballenkontur und der Position der Walzen innerhalb des axialen Verschiebebereichs von einer trigonometrischen Funktion gebildet ist.
2. Walzgerüst nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die trigonometrische Funktion der Ballenkontur von einer Sinusfunktion und die Walzspaltkontur von einer sich davon ableitenden Kosinusfunktion gebildet ist.
3. Walzgerüst nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die trigonometrische Funktion der Ballenkontur von einer gekippten Sinusfunktion entsprechend der allgemeinen Gleichung
mit
R Radius der Walze x Axialposition bezüglich der Walzenmitte (= Abstand von der Walzenrilitte)
R0 Walzenradiusoffset
A Konturkoeffizient φ Konturwinkel c Konturverschiebung
LREF Schliff referenzlänge
B Kippkoeffizient und die Walzspaltkontur von einer sich davon ableitenden Kosinusfunktion entsprechend der allgemeinen Gleichung
G(x, s) - G0 + 2 * A * B * (s - c)
mit s Verschiebung der oberen Walze aus der Mittenlage
GoWalzspaltoffset
gebildet ist.
4. Walzgerüst nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ballenkontur der beiden Walzen so gewählt ist, dass die komplementäre Ergänzung der beiden Ballenkonturen innerhalb des axialen Verschiebebereichs der Walzen erfolgt.
5. Walzgerüst nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ballenkontur der beiden Walzen so gewählt ist, dass die komplementäre Ergänzung der beiden Ballenkonturen außerhalb des axialen Verschiebebereiches der Walzen erfolgt.
6. Walzgerüst nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei vorgegebener Schliffreferenzlänge (LREF) für die gekrümmte Ballenkontur der Walze ein Konturwinkel (φ) entsprechend der Bedingung 0° < φ < 180° , vorzugsweise 50° < φ < 80°, gewählt ist.
7. Walzgerüst nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kippkoeffizient (B) in der Gleichung für die Ballenkontur jeder Walze so gewählt ist, das der maximale Durchmesserunterschied der Ballenkonturen innerhalb der Schliffreferenzlänge bzw. der Ballenlänge ein Minimum ist.
8. Walzgerüst nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Walzgerüst zusätzlich weitere die Ballenkontur zumindest abschnittsweise beeinflussende Aktuatoren in Wirkverbindung mit den Arbeitswalzen und/oder Stützwalzen und/oder Zwischenwalzen positioniert sind, wie beispielsweise eine Arbeitswalzenkühlung oder eine Zonenkühlung.
9. Walzgerüst nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitswalzen und/oder Stützwalzen und/oder Zwischenwalzen durch die ihnen zugeordneten Verschiebeeinrichtungen, sowie gegebenenfalls notwendige Messeinrichtungen zur Erfassung des Zustandes des ein- bzw. auslaufenden Bandes und gegebenenfalls zusätzliche Aktuatoren mit einer Regeleinrichtung zur Profil- oder Planheitsregelung verbunden sind, dass der Regeleinrichtung eine Recheneinheit zugeordnet ist, die unter Verwendung mathematischer Modelle, gegebenenfalls unter Verwendung eines neuronalen Netzwerkes, Steuersignale für die Nachführung der Arbeitswalzen und/oder Stützwalzen und/oder Zwischenwalzen und gegebenenfalls zusätzlicher Aktuatoren generiert und mit den Arbeitswalzen und/oder Stützwalzen und/oder Zwischenwalzen und gegebenenfalls zusätzlicher Aktuatoren zugeordneten Stellgliedern den Steuersignalen entsprechende Positionen anfahrbar sind.
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