EP1491268B1 - Verfahren zum Kaltwalzen metallischen Bandes - Google Patents

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EP1491268B1
EP1491268B1 EP04013220A EP04013220A EP1491268B1 EP 1491268 B1 EP1491268 B1 EP 1491268B1 EP 04013220 A EP04013220 A EP 04013220A EP 04013220 A EP04013220 A EP 04013220A EP 1491268 B1 EP1491268 B1 EP 1491268B1
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EP
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strip
fluctuations
thickness
speed
hardness
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Frank Dipl.-Ing. Feldmann
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ABB AG Germany
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    • B21B37/28—Control of flatness or profile during rolling of strip, sheets or plates
    • B21B37/38—Control of flatness or profile during rolling of strip, sheets or plates using roll bending

Definitions

  • the invention relates to a method for cold rolling metallic strip, which is unwound from an upstream reel, a formed between two work rolls, passes through a roll gap controlled roll gap and is wound by a downstream reel.
  • the invention can be used for example for the production of strips of ferrous and non-ferrous alloys.
  • a method of controlling the thickness of a material to be rolled is known.
  • inlet-side and outlet-side thickness deviations as well as inlet-side and outlet-side velocities are determined.
  • the spectra and phases of angular frequencies are calculated on the basis of the inlet-side and outlet-side thickness deviations as a function of the bobbin diameter.
  • the roll gap control is supplied with appropriate correction signals to eliminate or reduce the irregularities occurring due to irregularities in the deformation resistance.
  • a method for controlling the strip thickness of a strip unwound from a reel in a reversing mill is known. It is a Fourier transform including determination of the frequency distribution in dependence the outlet side thickness deviations performed. Depending on the coil diameter and the belt speed, the variations of the deformation resistance which occur periodically in the longitudinal direction are determined. In response to these noted variations, automatic gain control with feedforward is used to drastically reduce the thickness variations in a subsequent pass.
  • Fig. 3 For such a problematic case, the time courses of variables of interest - such as outlet-side thickness deviation, rolling force, inlet-side and outlet-side belt speed, roller peripheral speed and speed of the inlet-side reel - are shown on the belt head piece. In particular, they are very strong outlet-side thickness deviations during the initial phase of cold rolling clearly visible.
  • variables of interest - such as outlet-side thickness deviation, rolling force, inlet-side and outlet-side belt speed, roller peripheral speed and speed of the inlet-side reel - are shown on the belt head piece.
  • they are very strong outlet-side thickness deviations during the initial phase of cold rolling clearly visible.
  • Both Figures 3 . 4 show a much higher rolling force level in the range of disturbances (fluctuations), which can not be explained by better lubrication in the nip at higher speed.
  • the frequency of the occurring adverse fluctuations corresponds to the speed of the inlet side reel.
  • the amplitudes drop off sharply or rise sharply, respectively.
  • the wavelength of the thickness deviations depends on the circumference of the inlet side reel, extended by the ratio between inlet side and outlet side strip thickness.
  • non-uniform recrystallization due to asymmetric temperature conditions during stress-free annealing may cause similar problems of varying hardness during cold rolling after annealing.
  • non-uniform recovery during coil storage after cold rolling at higher temperatures of a particular alloy ribbon may also result in the above-described problems of varying hardness.
  • the sensitivity of the ratio of strip thickness to hardness variation can vary over a wide range, for example 5 ⁇ m / MPa... 50 ⁇ m / MPa.
  • the variations in the mass flow and the strip tension are mainly caused by the variations in the outgoing side strip thickness resulting from the fluctuating hardness. Therefore, rolling mills with their strip thickness detectors measure the variations in hardness indirectly with a higher sensitivity than, for example, off-line tensile tests of selected strip pieces.
  • Conventional tape thickness detectors achieve a measurement accuracy in the range +/- 0.3 ⁇ m.
  • the invention has for its object to provide an improved method for cold rolling metallic strip, with the effectively a hardness variation is recognized and in particular can be prevented that tape head pieces and tape end pieces arise with fluctuating outlet side strip thickness.
  • the advantages which can be achieved with the invention are, in particular, that it is of great importance for ensuring a high quality with regard to the cold-rolled strip to identify variations (fluctuations) in the hardness of the (for example hot-rolled) inlet-side strip as quickly as possible, since this is helpful.
  • variations fluctuations
  • the hot rolling or annealing and storage conditions of the same strips can also be improved.
  • FIG. 1 The figure shows a roll stand suitable for cold rolling with belt winding devices and detection devices (sensors) for important measured values (process signals, quantities, information) there is a well-known rolling mill 1 with upper backing roll 2, lower backing roll 3, upper intermediate roll 4, lower intermediate roll 5, upper work roll 6 and lower work roll 7.
  • a belt 8 passes through the roll gap formed between the work rolls 6, 7.
  • the direction of movement of the Ribbon 8 is designated by an arrow, which is unwound from an inlet-side bobbin (unwinder, uncoiler) 9.
  • the strip 8 passes to the rolling stand 1 via an inlet-side deflection roller 10 (measuring roller for detecting the strip tension of the inlet-side strip).
  • the belt 8 leaves the rolling stand 1 and passes through an outlet side strip thickness detecting means 11 for detecting variations of the outlet side strip thickness ⁇ h 1 and an outlet side guide roller 12 (measuring roller for detecting the strip tension of the outlet side strip) to a downstream reel (reel, rewinder) 13th for winding up the cold-rolled strip.
  • a measuring device 14 is used to detect the outlet side belt speed v. 1
  • the outlet side belt speed v 1 can also be estimated with the aid of other measured variables.
  • the variations (variations) in hardness of the incoming strip cause relatively large leakage-side thickness variations, tape tension fluctuations, and rolling force variations at a frequency corresponding to the speed (or a multiple of the number of revolutions) of the upstream side bobbin 9, simultaneously typically no significant thickness variations will occur in the upstream band at such frequency.
  • the principle of the "Christmas tree effect" detection carried out by means of the identification and detection device 18 now consists of fluctuations (deviations) in the outlet side strip thickness ⁇ h 1 , fluctuations (deviations) in the rolling force F r , fluctuations (deviations) in the strip tension F t0 of the strip incoming frequency band and fluctuations (deviations) of the strip tension F t1 of the expiring band, whose frequency is equal to the frequency of the rotational speed of the inlet side capstan 9 or whose frequency is equal to a multiple of the speed of the inlet side capstan 9.
  • This identification and detection can with the aid of Cross-correlation or Fast-Fourier-Transformation or with the help of a Störssennbeobachter done.
  • the profile of the strip tension fluctuations has pulse-shaped excitations with subsequent oscillations and is by no means purely sinusoidal.
  • tape tension variations due to local bumps and roundnesses of the coil also cause variations in the outgoing side tape thickness, however, these thickness variations are relatively small compared to the thickness variations due to the "Christmas tree effect".
  • the uncoiling rotary harmonics of strip thickness, rolling force and strip tension are determined.
  • the belt hammers and an on-line roll gap model are used to calculate a rolling force and belt thickness harmonic. If the measured rolling force and thickness amplitude are greater than the calculated values by a predetermined threshold value and no coil speed dependency is present, then the hardness fluctuation is recognized.
  • the variations (variations) of the hardness or the amplitude ratio of the variations of the hardness are estimated by means of an on-line roll gap model.
  • Compensation monitoring automatically adjusts the compensation "reel speed correction ⁇ v 0 + reel speed correction ⁇ v 1 + correction signal ⁇ s" to the belt tension controls 16 + 17 and the hydraulic roll gap control 15. If the existing rolling force variations harmonically flatness cause leakage side band, these effects are compensated by a control with disturbance variable circuit of the roll bending. In other words, the adverse effect of the rolling force fluctuation on the band flatness is compensated by a bending precontrol.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kaltwalzen metallischen Bandes, welches von einer einlaufseitigen Haspel abgewickelt wird, einen zwischen zwei Arbeitswalzen gebildeten, mittels einer Walzspaltregelung eingestellten Walzspalt durchläuft und von einer auslaufseitigen Haspel aufgewickelt wird. Die Erfindung kann beispielsweise zur Herstellung von Bändern aus Eisen- und Nichteisenlegierungen verwendet werden.
  • Aus der JP-A-10211512 ist ein Verfahren zur Regelung der Dicke eines zu walzenden Materials bekannt. Mittels eines Frequenz-Analysators werden einlaufseitige und auslaufseitige Dickenabweichung sowie einlaufseitige und auslaufseitige Geschwindigkeiten ermittelt. Mit Hilfe der Fourier-Transformation werden die Spektren und Phasen von Kreisfrequenzen auf Basis der einlaufseitigen und auslaufseitigen Dickenabweichungen in Abhängigkeit des Haspeldurchmessers berechnet. Der Walzspaltregelung werden entsprechende Korrektursignale zugeführt, um die durch Unregelmäßigkeiten des Deformationswiderstanders auftretenden Unregelmäßigkeiten zu beseitigen bzw. zu verringern.
  • Aus der JP-A-2000033409 ist ein Verfahren zur Regelung der Banddicke eines von einer Haspel abgewickelten Bandes in einem Reversier-Walzwerk bekannt. Es wird eine Fourier-Transformation inklusive Bestimmung der Frequenzverteilung in Abhängigkeit der auslaufseitigen Dickenabweichungen durchgeführt. In Abhängigkeit des Haspeldurchmessers und der Bandgeschwindigkeit werden die in Längsrichtung periodisch auftretenden Variationen des Deformationswiderstandes bestimmt. In Abhängigkeit dieser festgestellten Variationen wird eine automatische Verstärkungsregelung mit einer Vorwärtskopplung eingesetzt, um die Dickenabweichungen in einem nachfolgenden Durchlauf drastisch zu reduzieren.
  • Während des Kaltwalzens von warmgewalzten Bändern (Stahlbändern) können Störungen, wie ungewöhnlich große Schwankungen (Abweichungen vom Sollwert) der auslaufseitigen Banddicke (auslaufseitige Dickenabweichungen), Bandzugschwankungen und Walzkraftschwankungen besonders am Band-Kopfstück oder Band-Endstück auftreten, obwohl die gemessenen Schwankungen der einlaufseitigen Banddicke (einlaufseitige Dickenabweichungen) im üblichen und zulässigen Rahmen bleiben. Die grafische Darstellung der Schwankungen der auslaufseitigen Banddicke über die Bandlänge ähnelt einem "Christbaum", so dass dieser nachteilige Effekt nachstehend auch als "Christbaum-Effekt" bezeichnet wird.
  • Ähnliche Probleme können auch während des Kaltwalzens von Bändern spezieller Legierungen auftreten welche vorher spannungsfrei geglüht oder mit höheren Temperaturen kaltgewalzt worden sind.
  • Da die üblichen Banddicken-Regelungen (Monitor-Regelung oder Massenfluss-Regelung) diese auffälligen Schwankungen nicht ausreichend reduzieren können, stellen die betroffenen Bandabschnitte (insbesondere Band-Kopfstück, Band-Endstück) Ausschuss dar. Um die Bandlänge außer Toleranz möglichst klein zu halten, wird bei Massenfluss-Regelungen oft sehr langsam gefahren, was wiederum den Durchsatz reduziert. Existiert nur eine Monitor-Regelung, kann auch bei niedriger Geschwindigkeit keine Toleranzverbesserung erzielt werden.
  • In Fig. 3 sind für einen derartigen problematischen Fall die zeitlichen Verläufe von interessierenden Größen - wie auslaufseitige Dickenabweichung, Walzkraft, einlaufseitige und auslaufseitige Bandgeschwindigkeit, Walzenumfangsgeschwindigkeit und Drehzahl der einlaufseitigen Haspel - am Band-Kopfstück dargestellt. Insbesondere sind die sehr starken auslaufseitigen Dickenabweichungen während der Anfangsphase des Kaltwalzens klar zu erkennen.
  • In Fig. 4 sind für einen derartigen problematischen Fall die zeitlichen Verläufe von interessierenden Größen - wie auslaufseitige Dickenabweichung, Walzkraft, einlaufseitige und auslaufseitige Bandgeschwindigkeit, Walzenumfangsgeschwindigkeit und Drehzahl der einlaufseitigen Haspel - am Band-Endstück dargestellt. Insbesondere sind die sehr starken auslaufseitigen Dickenabweichungen und Walzkraftschwankungen während der Endphase des Kaltwalzens klar zu erkennen.
  • Beide Figuren 3, 4 zeigen ein wesentlich höheres Walzkraft-Niveau im Bereich der Störungen (Schwankungen), welches nicht durch bessere Schmierung im Walzspalt bei größerer Geschwindigkeit erklärt werden kann. Die Frequenz der auftretenden nachteiligen Schwankungen entspricht der Drehzahl der einlaufseitigen Haspel. Die Amplituden fallen - je nach betrachtetem Fall - Band-Kopfstück bzw. Band-Endstück - stark ab bzw. steigen stark an. Die Wellenlänge der Dickenabweichungen hängt ab vom Umfang der einlaufseitigen Haspel, verlängert um das Verhältnis zwischen einlaufseitiger und auslaufseitiger Banddicke.
  • Fig 5 zeigt eine Skizze zur Erläuterung der physikalischen Ursachen des am Band-Kopfstück auftretenden "Christbaum-Effektes. Die Erklärung für den am Band-Kopfstück auftretenden "Christbaum-Effekt" ist, dass das in einer Lagervorrichtung befindliche Coil mit dem warmgewalzten Band nicht einheitlich über das gesamte Volumen, sondern asymmetrisch abkühlt. Über die Auflage- bzw. Berührungsflächen des Coils mit der Lagervorrichtung wird dem Coil schneller und intensiver Wärme entzogen als über die lediglich mit Luft "umspülten" Außenmantelflächen des Coils. Auf diese Weise entstehen nach dem Warmwalzen über den Querschnitt des Coils betrachtet Zonen unterschiedlicher Temperatur, wie der linke Abschnitt von Fig. 5 zeigt. In nachteiliger Weise fällt die Temperatur des Bandes abschnittsweise unter die Rekristallisations-Temperatur ab, was zu starken Schwankungen (Variationen, Abweichungen vom gewünschten Wert) der Härte in Abhängigkeit der Bandlänge beim Band, d. h. beim Band-Kopfstück vor dem Kaltwalzen führt, wie der rechte Abschnitt der Fig. 5 zeigt. Die genaue Ausbildung des Profils dieser Schwankungen der Härte hängt stark von den genauen Bedingungen und den hieraus resultierenden asymmetrischen Temperaturverhältnissen während der Lagerung des Coils ab.
  • Die Erklärung für den am Band-Endstück auftretenden "Christbaum-Effekt" ist, dass der gekühlte Aufwickeldorn des Coils nicht rasch genug aus dem heißen Coil entfernt wird Die ablaufende Kühlflüssigkeit führt zu asymmetrischen Kühlungsbedingungen und Abschnitte des Bandes können unter die Rekristallisations-Temperatur abkühlen. Dies wiederum verursacht starke Schwankungen der Härte in Abhängigkeit der Bandlänge beim Band, d. h. beim Band-Endstück vor dem Kaltwalzen .
  • In gleicher Weise kann eine nicht einheitliche Rekristallisation aufgrund asymmetrischer Temperaturbedingungen während eines Spannungsfrei-Glühens ähnliche Probleme bezüglich schwankender Härte während des Kaltwalzens nach erfolgtem Glühen verursachen.
  • Ferner kann auch eine nicht einheitliche Erholung während der Lagerung des Coils nach dem Kaltwalzen mit höheren Temperaturen eines Bandes spezieller Legierung zu den vorstehend beschriebenen Problemen bezüglich schwankender Härte führen.
  • Diese nachteiligen Schwankungen der Härte verursachen nachteilige Schwankungen hinsichtlich der Walzkraft und der auslaufseitigen Banddicke während eines nachfolgenden Kaltwalzens.
  • Abhängig von den Walzbedingungen, wie der Dimensionierung des Bandes, kann die Empfindlichkeit des Verhältnisses von Banddicken- zur Härteschwankung in einem weiten Bereich - beispielsweise 5µm/MPa... 50µm/MPa - variieren. Die Schwankungen hinsichtlich des Massenflusses und des Bandzuges werden hauptsächlich durch die aus der schwankenden Härte resultierenden Schwankungen der auslaufseitigen Banddicke verursacht. Deshalb messen Walzanlagen mit ihren Banddicken-Erfassungseinrichtungen die Schwankungen indirekt hinsichtlich der Härte mit einer höheren Empfiridlichkeit als beispielsweise offline durchgeführte Zugfestigkeitsprüfungen ausgewählter Bandstücke. Übliche Banddicken-Erfassungseinrichtungen erreichen eine Messgenauigkeit im Bereich +/- 0,3µm.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Kaltwalzen metallischen Bandes anzugeben, mit dem wirksam eine Härteschwankung erkannt wird und insbesondere verhindert werden kann, dass Band-Kopfstücke und Band-Endstücke mit schwankender auslaufseitiger Banddicke entstehen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Kaltwalzen metallischen Bandes, welches von einer einlaufseitigen Haspel abgewickelt wird, einen zwischen zwei Arbeitswalzen gebildeten, mittels einer Walzspaltregelung eingestellten Walzspalt durchläuft und von einer auslaufseitigen Haspel aufgewickelt wird,
    • wobei unzulässig große Schwankungen der Härte des einlaufseitigen Bandes aufgefunden werden, indem in Abhängigkeit von Abhaspel-Drehharmonischen Schwankungen der auslaufseitigen Banddicke, Schwankungen der Walzkraft, Schwankungen des Bandzuges des einlaufenden Bandes und Schwankungen des Bandzuges des auslaufenden Bandes ermittelt werden, deren Frequenz gleich ist der Frequenz der Drehzahl der einlaufseitigen Haspel oder deren Frequenz gleich ist einem Vielfachen der Drehzahl der einlaufseitigen Haspel, während gleichzeitig typischerweise keine signifikanten Dickenabweichungen beim einlaufseitigen Band mit einer derartigen Frequenz auftreten,
    • wobei unter Verwendung eines Online-Walzspalt-Modells die Walzkraft und die Dickenschwankung für die gemessene Bandzugschwankung berechnet und mit den gemessenen Werten verglichen werden, wobei - unter Beachtung zunehmender / abnehmender Drehzahl der einlaufseitigen und/oder auslaufseitigen Haspel - eine Härteschwankung detektiert ist, wenn die Differenz zwischen gemessenen und berechneten Werten einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet,
    • wobei die Schwankungen der Härte mit Hilfe eines Online-Walzspalt-Modells geschätzt werden und
    • wobei die durch unzulässig große Schwankungen der Härte des einlaufseitigen Bandes verursachten Schwankungen der auslaufseitigen Banddicke und des Bandzuges online kompensiert werden, indem Haspel-Drehzahl-Korrekturen an die Bandzugregelungen für die einlaufseitige und auslaufseitige Haspel sowie Korrektursignale an die Walzspaltregelung abgegeben werden.
  • Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass es für die Sicherstellung einer hohen Qualität hinsichtlich des kaltgewalzten Bandes von großer Wichtigkeit ist, Variationen (Schwankungen) der Härte des (beispielsweise warmgewalzten) einlaufseitigen Bandes möglichst schnell zu identifizieren, denn dies ist hilfreich, um die während des Kaltwalzens aufgrund schwankender Härte auftretenden Probleme beherrschen zu können und um folglich die mittels des Kaltwalzens wünschenswert hohe Produktqualität hinsichtlich auslaufseitiger Banddicke zu erzielen. Durch frühzeitige Identifikation der Härteschwankung können ebenfalls die Warmwalz- bzw. Glüh- und Lagerbedingungen gleicher Bänder verbessert werden.
  • Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten. Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
    • Fig.1
    eine Anordnung zur Identifikation, Erfassung und Kompensation eines bei einem Band auftretenden "Christbaum-Effektes",
    Fig. 2
    einen Vergleich der zwischen einer üblichen Massenfluss-Regelung und einer Massenfluss-Regelung & Härte-Kompensation erzielten Resultate,
    Fig. 3
    interessierende Größen - wie auslaufseitige Dickenabweichung, Walzkraft, einlaufseitige und auslaufseitige Bandgeschwindigkeit, Walzenumfangsgeschwindigkeit und Drehzahl der einlaufseitigen Haspel - am Band-Kopfstück,
    Fig. 4
    interessierende Größen - wie auslaufseitige Dickenabweichung, Walzkraft, einlaufseitige und auslaufseitige Bandgeschwindigkeit, Walzenumfangsgeschwindigkeit und Drehzahl der einlaufseitigen Haspel - am Band-Endstück,
    Fig. 5
    eine Skizze zur Erläuterung der physikalischen Ursachen des am BandKopfstück auftretenden "Christbaum-Effektes".
  • In Fig. 1 ist eine Anordnung zur Identifikation, Erfassung und Kompensation eines bei einem Band aufgrund schwankender Härte auftretenden "Christbaum-Effektes dargestellt. Die Figur zeigt ein zum Kaltwalzen geeignetes Walzgerüst mit Bandwickelvorrichtungen und Erfassungseinrichtungen (Sensoren) für wichtige Messwerte (Prozesssignale, Größen, Informationen). Es ist ein allgemein bekanntes Walzgerüst 1 mit oberer Stützwalze 2, unterer Stützwalze 3, oberer Zwischenwalze 4, unterer Zwischenwalze 5, oberer Arbeitswalze 6 und unterer Arbeitswalze 7 zu erkennen. Ein Band 8 durchläuft den zwischen den Arbeitswalzen 6, 7 gebildeten Walzspalt. Die Bewegungsrichtung des Bandes 8 ist mit einem Pfeil bezeichnet. Dieses Band 8 wird von einer einlaufseitigen Haspel (Abwickler, Abhaspel) 9 abgewickelt. Das Band 8 gelangt über eine einlaufseitige Umlenkrolle 10 (Messrolle zur Erfassung des Bandzuges des einlaufseitigen Bandes) zum Walzgerüst 1.
  • Das Band 8 verlässt das Walzgerüst 1 und gelangt über eine auslaufseitige Banddicken-Erfassungseinrichtung 11 zur Erfassung von Schwankungen der auslaufseitigen Banddicke Δh1 und eine auslaufseitige Umlenkrolle 12 (Messrolle zur Erfassung des Bandzuges des auslaufseitigen Bandes) zu einer auslaufseitigen Haspel (Aufhaspel, Aufwickler) 13 zum Aufwickeln des kaltgewalzten Bandes. Eine Messeinrichtung 14 dient zur Erfassung der auslaufseitigen Bandgeschwindigkeit v1.
  • Eine (vorzugsweise hydraulische) Walzspaltregelung (HGC) 15 beaufschlagt das Walzgerüst 1 mit oberer Stützwalze 2, oberer Zwischenwalze 4 und oberer Arbeitswalze 6. Eine einlaufseitige Bandzugregelung (TC) 16 bzw. eine auslaufseitige Bandzugregelung (TC) 17 beaufschlagen die einlaufseitige Haspel 9 bzw. die auslaufseitige Haspel 13. Im Hinblick auf die Reduzierung bzw. Beseitigung des negativen "Christbaum-Effektes" sind eine identifikations- und Detektionseinrichtung 18 sowie eine nachgeschaltete Kompensations- und Überwachungseinrichtung 19 von großer Bedeutung. Als eingangsseitige Signale empfangen diese beiden Einrichtungen 18/19:
    • die Winkelgeschwindigkeit w0 respektive Drehzahl, Drehfrequenz, Umlaufgeschwindigkeit der einlaufseitigen Haspel 9,
    • die Winkelgeschwindigkeit w1 respektive Drehzahl, Drehfrequenz, Umlaufgeschwindigkeit der auslaufseitigen Haspel 17,
    • die aktuelle Walzkraft Fr der hydraulischen Walzspaltregelung 15,
    • den mittels einlaufseitiger Umlenkrolle 10 gebildeten Bandzug Ft0 des einlaufseitigen Bandes,
    • den mittels auslaufseitiger Umlenkrolle 12 gebildeten Bandzug Ft1 des auslaufseitigen Bandes,
    • die mittels Messeinrichtung 14 gewonnene auslaufseitige Bandgeschwindigkeit v1 und
    • die mittels Banddicken-Erfassungseinrichtung 11 gewonnenen Schwankungen Δh1 der auslaufseitigen Banddicke.
  • Die auslaufseitige Bandgeschwindigkeit v1 kann auch mit Hilfe anderer Messgrößen geschätzt werden.
  • Als ausgangsseitige Signale geben diese beiden Einrichtungen 18/19 bedarfsweise folgende Signale ab:
    • eine Haspel-Geschwindigkeits-Korrektur Δv0 an die Bandzugregelung 16 für die einlaufseitige Haspel 9,
    • eine Haspel-Geschwindigkeits-Korrektur Δv1 an die Bandzugregelung 17 für die auslaufseitige Haspel 13 und
    • ein Korrektursignal Δs an die hydraulische Walzspaltregelung 15 für die Stützwalzen-Position der oberen Stützwalze 2 (bzw. der unteren Stützwalze bei Unterwalzenanstellung) des Walzgerüstes 1.
  • Wie bereits aus den vorstehenden Erläuterungen hervorgeht, verursachen die Schwankungen (Variationen) der Härte beim einlaufenden Band relativ große auslaufseitige Dickenabweichungen, Bandzugschwankungen und Walzkraftschwankungen mit einer Frequenz, welche der Drehzahl (bzw. einem Vielfachen der Drehzahl) der einlaufseitigen Haspel 9 entspricht, während gleichzeitig typischerweise keine signifikante Dickenabweichungen beim einlaufseitigen Band mit einer derartigen Frequenz auftreten.
  • Das Prinzip der mittels der Identifikations- und Detektionseinrichtung 18 durchgeführten "Christbaum-Effekt"-Detektion besteht nun darin, Schwankungen (Abweichungen) der auslaufseitigen Banddicke Δh1, Schwankungen (Abweichungen) der Walzkraft Fr, Schwankungen (Abweichungen) des Bandzuges Ft0 des einlaufenden Bandes und Schwankungen (Abweichungen) des Bandzuges Ft1 des auslaufenden Bandes aufzufinden, deren Frequenz gleich ist der Frequenz der Drehzahl der einlaufseitigen Haspel 9 oder deren Frequenz gleich ist einem Vielfachen der Drehzahl der einlaufseitigen Haspel 9. Diese Identifikation und Detektion kann mit Hilfe von Kreuz-Korrelation oder Fast-Fourier-Transformation oder mit Hilfe eines Störgrößenbeobachters erfolgen.
  • In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, dass lokale Erhebungen und Unrundheiten des Coils ebenfalls Bandzugschwankungen und Schwankungen hinsichtlich der auslaufseitigen Banddicke erzeugen, deren Frequenz gleich ist der Frequenz und deren Harmonischen der Drehzahl der einlaufseitigen Haspel 9. Im Unterschied zu den durch den "Christbaum-Effekt", d. h. aufgrund schwankender Härte verursachten Schwankungen nimmt die Amplitude dieser durch lokale Erhebungen / Unrundheiten des Coils verursachten Schwankungen des Bandzuges und der auslaufseitigen Banddicke jedoch mit zunehmender Umlaufgeschwindigkeit / Drehzahl der einlaufseitigen Haspel zu, während die Amplitude der durch den "Christbaum-Effekt", bei Härteschwankungen in den äußeren Lagen, verursachten Schwankungen mit zunehmender Umlaufgeschwindigkeit / Drehzahl (abnehmender Coil-Durchmesser) der einlaufseitigen Haspel im Gegensatz hierzu abnimmt.
  • Bei Auftreten von lokalen Erhebungen und Unrundheiten des Coils weist das Profil der Bandzugschwankungen impulsförmige Anregungen mit nachfolgenden Schwingungen auf und ist keinesfalls rein sinusförmig. Zwar verursachen die Bandzugschwankungen aufgrund von lokalen Erhebungen und Unrundheiten des Coils ebenfalls Schwankungen der auslaufseitigen Banddicke, jedoch sind diese Dickenabweichungen relativ klein im Vergleich zu den Dickenabweichungen aufgrund des "Christbaum-Effektes".
  • Für die Identifikation eines "Christbaum-Effektes" werden die Abhaspel Drehharmonischen von Banddicke, Walzkraft und Bandzug ermittelt. Mit der Bandzugharmonischen und einem Online-Walzspalt-Modells wird eine Walzkraft-, und Banddickenharmonische berechnet. Ist die gemessene Walzkraft- und Dickenamplitude um einen vorgegebenen Schwellwert größer als die berechnete Werte und liegt keine Haspeldrehzahlabhängigkeit vor, ist damit die Härteschwankung erkannt.
  • Nach Identifikation und Detektion des "Christbaum-Effektes" werden die Schwankungen (Variationen) der Härte bzw. das Amplituden-Verhältnis der Schwankungen der Härte mit Hilfe eines Online-Walzspalt-Modells geschätzt.
  • Nach Detektion eines "Christbaum-Effektes" ergeben sich prinzipiell zwei unterschiedliche Vorgehensweisen, um die gewünschte hohe Produktqualität hinsichtlich des Kriteriums "Schwankungen der auslaufseitigen Banddicke" zu erzielen:
    1. 1) Das Band wird nach dem Kaltwalzen (erster Stich) geglüht, um die Schwankungen hinsichtlich der Härte zu beseitigen. Die aufgrund der schwankenden Härte des Bandes resultierenden Schwankungen hinsichtlich der auslaufseitigen Banddicke des ersten Durchganges (Stiches) müssen dann im darauffolgenden Stich durch die Dickenregelung kompensiert werden.
    2. 2) Es erfolgt online eine Kompensation der aufgrund der Härteschwankungen resultierenden Schwankungen der auslaufseitigen Banddicke.
  • Bei der Vorgehensweise 2) werden die mit Hilfe des vorstehend erwähnten Online-Walzspalt-Modells gewonnenen geschätzten Schwankungen der Härte verwendet, um die resultierenden auslaufseitigen Dickenabweichungen und Bandzugschwankungen durch Einsatz einer dynamischen Walzspalt-Positionierung und durch Vorgabe von Haspel-Geschwindigkeits-Korrekturen für die einlaufseitige und die auslaufseitige Haspel zu kompensieren. Dies erfolgt mit Hilfe der Kompensations- und Überwachungseinrichtung 19, welche folgende Signale abgibt:
    • eine Haspel-Geschwindigkeits-Korrektur Δv0 an die Bandzugregelung 16 für die einlaufseitige Haspel 9,
    • eine Haspel-Geschwindigkeits-Korrektur Δv1 an die Bandzugregelung 17 für die auslaufseitige Haspel 13 und
    • ein Korrektursignal Δs an die hydraulische Walzspaltregelung 15 für die Stützwalzen-Position der oberen Stützwalze 2 (bzw. der unteren Stützwalze bei Unterwalzenanstellung) des Walzgerüstes 1.
  • Bei Tandem-Walzanlagen werden außer der Stützwalzen-Position und Haspel-Geschwindigkeiten auch die Walzenumfangsgeschwindigkeiten der Gerüste korrigiert.
  • Eine Kompensations-Überwachung schaltet die Kompensation "Haspel-Drehzahl-Korrektur Δv0 + Haspel-Drehzahl-Korrektur Δv1 + Korrektursignal Δs" automatisch auf die Bandzugregelungen 16 + 17 und die hydraulische Walzspaltregelung 15. Falls die bestehen bleibenden Walzkraftschwankungen harmonische Planheits-Schwänkungen beim auslaufseitigen Band verursachen, werden diese Effekte durch eine Regelung mit Störgrößenäufschaltung der Walzenbiegung kompensiert. Mit anderen Worten wird der nachteilige Effekt der Walzkraftschwankung auf die Bandplanheit durch eine Biegevorsteuerung kompensiert.
  • Fig. 2 zeigt einen Vergleich zwischen dem mit Hilfe einer üblichen Massenfluss-Regelung erzielten Resultat und dem Resultat, welches mit Hilfe einer gemäß den vorstehenden Erläuterungen realisierten Massenfluss-Regelung & Härte-Kompensation erzielt wird. Im linken Bildteil ist die Bandgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Bandlänge gezeigt, während im rechten Bildteil die auslaufseitige Banddickenschwankung (um den Idealwert Banddickenschwankung = Null schwankend) in Abhängigkeit der Bandlänge für die beiden Fälle
    • Einsatz einer Massenfluss-Regelung
    • Einsatz einer Massenfluss-Regelung und einer Härte-Kompensation. dargestellt ist. Die positive Wirkung der Härte-Kompensation, d. h. die relativ starke Herabsetzung (Abschwächung) der Schwankungen der auslaufseitigen Banddicke auf einen tolerierbaren Werte, ist deutlich zu erkennen.
    Bezugszeichenliste:
    • 1
    Walzgerüst
    2
    obere Stützwalze
    3
    untere Stützwalze
    4
    obere Zwischenwalze
    5
    untere Zwischenwalze
    6
    obere Arbeitswalze
    7
    untere Arbeitswalze
    8
    Band
    9
    einlaufseitige Haspel (Abhaspel)
    10
    einlaufseitige Umlenkrolle (Messrolle)
    11
    auslaufseitige Banddicken-Erfassungseinrichtung
    12
    auslaufseitige Umlenkrolle (Messrolle)
    13
    auslaufseitige Haspel (Aufhaspel)
    14
    Messeinrichtung zur Erfassung der auslaufseitigen Bandgeschwindigkeit
    15
    hydraulische Walzspaltregelung
    16
    einlaufseitige Bandzugregelung
    17
    auslaufseitige Bandzugregelung
    18
    Identifikations- und Detektionseinrichtung
    19
    Kompensations- und Überwachungseinrichtung
    Ft0
    Bandzug des einlaufseitigen Bandes
    Ft1
    Bandzug des auslaufseitigen Bandes
    Fr
    Walzkraft
    Δh1
    Schwankungen der auslaufseitigen Banddicke
    Δs
    Korrektursignal für Stützwalzen-Position
    v1
    auslaufseitige Bandgeschwindigkeit
    Δv0
    Haspel-Geschwindigkeits-Korrektur für einlaufseitige Haspel
    Δv1
    Haspel-Geschwindigkeits-Korrektur für auslaufseitige Haspel
    w0
    Winkelgeschwindigkeit respektive Drehzahl der einlaufseitigen Haspel
    w1
    Winkelgeschwindigkeit respektive Drehzahl der auslaufseitigen Haspel

Claims (3)

  1. Verfahren zum Kaltwalzen metallischen Bandes (8), welches von einer einlaufseitigen Haspel (9) abgewickelt wird, einen zwischen zwei Arbeitswalzen (6, 7) gebildeten, mittels einer Walzspaltregelung (15) eingestellten Walzspalt durchläuft und von einer auslaufseitigen Haspel (13) aufgewickelt wird,
    - wobei unzulässig große Schwankungen der Härte des einlaufseitigen Bandes aufgefunden werden, indem in Abhängigkeit von Abhaspel-Drehharmonischen Schwankungen der auslaufseitigen Banddicke (Δh1), Schwankungen der Walzkraft (Fr), Schwankungen des Bandzuges (Ft0) des einlaufenden Bandes und Schwankungen des Bandzuges (Ft1) des auslaufenden Bandes ermittelt werden, deren Frequenz gleich ist der Frequenz der Drehzahl der einlaufseitigen Haspel (9) oder deren Frequenz gleich ist einem Vielfachen der Drehzahl der einlaufseitigen Haspel (9), während gleichzeitig typischerweise keine signifikanten Dickenabweichungen beim einlaufseitigen Band mit einer derartigen Frequenz auftreten,
    - wobei unter Verwendung eines Online-Walzspalt-Modells die Walzkraft und die Dickenschwankung für die gemessene Bandzugschwankung berechnet und mit den gemessenen Werten verglichen werden, wobei - unter Beachtung zunehmender / abnehmender Drehzahl der einlaufseitigen und/oder auslaufseitigen Haspel (9, 13) - eine Härteschwankung detektiert ist, wenn die Differenz zwischen gemessenen und berechneten Werten einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet,
    - wobei die Schwankungen der Härte mit Hilfe eines Online-Walzspalt-Modells geschätzt werden und
    - wobei die durch unzulässig große Schwankungen der Härte des einlaufseitigen Bandes verursachten Schwankungen der auslaufseitigen Banddicke und des Bandzuges online kompensiert werden, indem Haspel-Drehzahl-Korrekturen (Δv0, Δv1) an die Bandzugregelungen (16, 17) für die einlaufseitige und auslaufseitige Haspel (9, 13) sowie Korrektursignale (Δs) an die Walzspaltregelung (15) abgegeben werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Tandemgerüsten zusätzlich die Walzenumfangsgeschwindigkeiten korrigiert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der nachteilige Effekt der Walzkraftschwankung auf die Bandplanheit durch eine Biegevorsteuerung kompensiert wird.
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