EP1786577A1 - Verfahren und vorrichtung zum walzen eines metallbands - Google Patents

Description

Betriebsforschungsinstitut VDEh-Institut für angewandte Forschung GmbH

Sohnstraße 65, 40042 Düsseldorf

"Verfahren und Vorrichtung zum Walzen eines Metallbands"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Verringerung von Bandsäbeln beim Walzen eines Metallbands.

Eines der bei der Metallbanderzeugung, insbesondere bei der Warmbander¬ zeugung ungelösten Probleme ist das Auftreten von sogenannten Bandsä¬ beln. Damit werden seitliche Abweichungen von der Geradheit des Bandes in Längsrichtung bezeichnet. Der Bandsäbel kann zu Prozeßstörungen wäh¬ rend des Walzvorganges aber auch während späterer Prozeßschritte führen, was sich negativ auf den Durchsatz sowie auf die Produktivität auswirkt.

Um den negativen Einfluß von Bandsäbeln auf nachfolgende Verarbeitungs¬ prozesse zu reduzieren ist es bekannt, das Metallband durch Seitenführun¬ gen, die beidseitig vor und/oder hinter einem Walzgerüst angeordnet sind, zwangszuführen. Dadurch kann verhindert werden, daß das Metallband in nicht zulässigem Maße seitlich verläuft.

Durch die Zwangsführung des Metallbandes wird zwar der Bandsäbel und damit die negativen Auswirkungen, die dieser auf nachfolgende Prozesse haben könnte, verhindert. Die Ursachen, die zum Auftreten von Bandsäbeln führen, werden dadurch jedoch nicht behoben, so daß das Problem nicht in seinem Ursprung beseitigt wird.

Untersuchungen haben gezeigt, daß insbesondere eine nicht-parallele Aus- richtung der Arbeitswalzen und der Walzkraft zur Ausbildung von Bandsäbeln führt. Das Walzen des Bands in einem nicht-parallelen, also keiligen Walzspalt führt zu einem ungleichförmigen Dickenprofil des Bands und gleichzeitig aufgrund der plastischen Verformung des Bands durch die Walz¬ rolle zu einer unterschiedlichen Ausbildung der Bandlänge über der Band- breite. Die unterschiedlichen Bandlängen führen wiederum zu einer Rotation des Bandes auf dem Rollgang und zu einem Bandsäbel.

Die Ursachen für eine nicht-parallele Lage der Walzrollen sind vielseitig. Unter anderem sind hierbei die unterschiedliche Auffederung der beiden Gerüstständer unter Walzlast, eine außermittige Lage des Metallbands in Bezug auf die Walzenmitte und unterschiedliche Festigkeiten des Walzguts über der Bandbreite, insbesondere bedingt durch Temperaturunterschiede von Bedeutung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vor¬ richtung zu schaffen, die die Entstehung eines Bandsäbels beim Walzen von Metallbändern wirksam verringert.

Der Kern der Erfindung beruht auf der Annahme, daß insbesondere die Geometrie des Walzspalts für die Entstehung eines Bandsäbels verantwort¬ lich ist. Durch eine entsprechende Ansteuerung der Walze innerhalb eines Walzgerüsts kann die Geometrie des Walzspalts verändert und damit die Ausbildung eines Bandsäbels verringert werden.

Dazu ist vorgesehen, die Position von mindestens einer Kante des Metall¬ bands und/oder eine Druckkraft, die diese Kante(n) auf ein angrenzendes Bauteil ausübt, zu messen, um anhand des Meßwerts die Geometrie des Walzspalts zu verändern, beispielsweise indem mindestens eine Walze des Walzgerüsts angesteuert und verstellt wird. Vorteilhafterweise erfolgt die Verstellung des Walzspalts ungleichförmig über der Breite des Metallbands, d.h. in Längsrichtung der Walze.

Auf diese Weise kann eine unbeabsichtigte nicht-parallele Ausrichtung der Arbeitswalze(n), wie sie aus den oben genannten Gründen entstehen kann, durch aktive Ansteuerung ausgeglichen werden.

Unter Walzgerüst wird erfindungsgemäß ein System aus mindestens einer Walzrolle und dessen Lagerung verstanden.

Unter Metallband soll erfindungsgemäß jede Form eines metallischen Halb¬ zeugs (auch im Rohzustand) verstanden werden , dessen Länge größer als die Breite ist. Insbesondere werden darunter Brammen und Vorbrammen, Flachknüppel und Breitstahl, etc. verstanden.

Beispielsweise kann die Position der Bandkante(n) durch optische Meßge¬ räte bestimmt werden. Alternativ kann die Position auch anhand von Sei¬ tenführungen bestimmt werden, die im ständigen Kontakt mit mindestens einer Bandkante stehen und einer Querbewegung der Bandkante(n) folgen.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Metallband an mindestens einer Seitenführung, die vor und/oder hinter einem Walzgerüst angeordnet sein kann, geführt und die Druckkräfte in der/den Seitenführung(en) gemessen. Somit kann beim Auftreten eines Differenzwerts der Druckkräfte in den Seitenführungen die Geometrie des Walzspalts verändert werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird das Metallband kontinuierlich an der/den Seitenführung(en) geführt. Dadurch kann sehr schnell auf sich ändernde Bedingungen reagiert werden, die ansonsten die Entstehung eines Bandsäbels nach sich ziehen würden. Eine exakte Steuerung des verstellba¬ ren Walzgerüsts ist folglich auch ohne gleichzeitige Dickenprofilmessung möglich. - A -

Unter "kontinuierlicher Führung" des Metallbands an der/den Seitenfüh- rung(en) wird im Sinne der Erfindung verstanden, daß die Kanten des Metallbands im wesentlichen jederzeit an der/den Seitenführung(en) anliegen und somit in ständigem Kontakt mit diesen stehen. Insbesondere sollen darunter nicht Seitenführungen verstanden werden, die erst beim Abweichen der Bandkanten aus ihrer Sollage mit diesen in Kontakt kommen und somit deren Ablenkung begrenzen.

Vorteilhaft kann es sein, das Metallband vor und/oder hinter dem Walzgerüst beidseitig an mindestens einer Seitenführung zu führen. Der Differenzwert für die Druckkräfte ergibt sich dann auf einfache Weise aus den zwei gemessenen Werten.

Ein besonderer Vorteil der beidseitigen Anordnung von Seitenführungen liegt darin, daß sich eine nicht-konstante Breite des Bands über dessen Länge aufgrund der gleichzeitigen Erhöhung bzw. Verringerung der Druckkräfte in den beiden Seitenführungen, die sich in der Differenz wiederum zu Null ergeben kann, nicht nachteilig auswirkt.

Bei einer alternativen Ausführungsform mit nur einer einseitigen Führung des Metallbands vor und/oder hinter dem Walzgerüst kann der Differenzwert bei¬ spielsweise dadurch ermittelt werden, daß die (in Querrichtung des Metall¬ bands bewegliche) Seitenführung mit einer definierten (wegabhängigen) Anpreßkraft auf die Kante gedrückt wird und bei einer Bewegung der Band¬ kante die Zu- oder Abnahme (Differenzwert) dieser Anpreßkraft ermittelt wird.

Ein Einfluß auf die Meßwerte durch eine nicht-konstante Bandbreite kann in diesem Fall beispielsweise dadurch vermieden werden, daß diese in Band- laufrichtung vor dem Walzgerüst gemessen wird und regelungstechnisch ausgeglichen wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung gilt als Zielwert für die Ansteuerung der Walze ein Differenzwert der ermittelten Druckkräfte von Null. Ein Differenz- wert von Null bedeutet demnach, daß das Metallband vollkommen gerade ohne Bandsäbel verläuft. Hierbei können Druckkraftunterschiede in den Seitenführungen auf beiden Seiten des Metallbands, die durch eine asym¬ metrische Position oder einen Schräglauf des Metallbands zwischen den Führungen entstehen, ebenfalls mathematisch oder regelungstechnisch her¬ ausgefiltert werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, vor und hinter dem Walzge¬ rüst mindestens jeweils eine Seitenführung mit Druckkraftmessung auf jeder Seite des Bandes anzuordnen. Durch ein Inbezugsetzen der mindestens vier ermittelten Werte für die Druckkraft kann ein Biegemoment errechnet wer¬ den, das unabhängig von der relativen Position des Metallbands innerhalb der Führung einen Wert für die Ansteuerung der Walze ergibt.

Bei dieser Ausführungsform können selbstverständlich auch mehrere Walz¬ gerüste oder ein oder mehrere Walzgerüste und weitere Vorrichtungen beliebiger Art zwischen den Seitenführungspaaren angeordnet sein.

In einer alternativen Ausführungsform kann jedoch vorgesehen sein, lediglich vor oder hinter dem Walzgerüst mindestens zwei Seitenführungen vor¬ zusehen, die einen entsprechenden Differenzwert für die Druckkraft bilden.

Durch eine Bestimmung der Position des Bandes in Relation zu der oder den Walzen des Walzengerüsts kann ein eventueller Einfluß eines asymmetri- sehen Verlaufs bei der Berechnung des Differenzwerts berücksichtigt wer¬ den, so daß eine angepaßte Ansteuerung der Walze(n) des Walzgerüsts erfolgen kann.

Alternativ können die Seitenführungen so gelagert werden, daß sie entspre- chende Bewegungen der Bandkanten ausgleichen und somit eine Beeinflus¬ sung des Differenzwerts für die Druckkraft durch einen asymmetrischem Verlauf des Bands zwischen den Seitenführungen ausgleichen. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Seitenführungen in Form von Führungsrollen ausgebildet. Diese ermöglichen einen permanenten Kontakt mit dem Metallband, ohne daß hohe Reibungskräfte und/oder Beschädigun¬ gen der Bandkanten entstehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders vorteilhaft beim Warm¬ walzen von Metallband eingesetzt werden. Insbesondere kann die entspre¬ chende Vorrichtung in einer Vorstraße einer Warm Walzstraße angeordnet werden, da dort die Querflußbehinderung aufgrund der größeren Banddicke sowie der höheren Temperatur im Vergleich zur Fertigstraße ausreichend gering ist. Das Metallband kann somit möglichst säbelfrei an die Fertigstraße übergeben werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 die Entstehung eines Bandsäbels aufgrund einer nicht-parallelen Ausrichtung eines Walzenpaares in einem Querschnitt (a) sowie einer Draufsicht (b);

Fig. 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Walzen von Metallbändern in einer Draufsicht und

Fig. 3 eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vor- richtung zum Walzen von Metallbändern.

In Fig. 1 wird die Entstehung eines Bandsäbels aufgrund eines keilförmigen Walzspalts gezeigt.

Durch den nicht-parallelen Walzspalt des Walzenpaares entsteht ein Metall¬ band 1 mit einem keilförmigen Dickenprofil über der Metallbandbreite.

Dies führt aufgrund der plastischen Verformung gleichzeitig zu einer ungleichförmigen Längenausdehnung des Metallbands 1 über der Breite. Die unterschiedlichen Längenausdehnungen wiederum begründen eine Gerad¬ heitsabweichung des Metallbands 1 in Längsrichtung, so daß das Metallband 1 auf beiden Seiten der Walzen 2 des Walzenpaares aus dem ideal geraden Verlauf in zueinander entgegengesetzter Richtung heraus rotiert.

In einer Ausführungsform sieht die Erfindung nun vor, vertikale Führungsrol¬ len 3 vorzusehen, die paarweise (jeweils eine pro Seite des Metallbands 1) vor und hinter dem Walzenpaar angeordnet sind und durch ihre Verschieb¬ barkeit in Querrichtung des Bands im ständigen Kontakt mit diesem stehen. Die Druckkraft, die das Metallband 1 auf die jeweilige Führungsrolle 3 aus¬ übt, wird über eine nicht dargestellte Meßvorrichtung bestimmt.

Bei einem ideal geraden Verlauf des Metallbands 1 ohne Bandsäbel ergibt die Summe der Kräfte auf der Bedienerseite BS den gleichen Wert wie die Summe der Kräfte auf der Antriebsseite AS.

Sobald aufgrund eines nicht-parallelen Walzspalts ein Bandsäbel entsteht, rotiert das Metallband 1 auf beiden Seiten des Walzenpaares in zueinander entgegengesetzter Richtung (im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 oder 3 in Richtung der Bedienerseite). Dadurch erhöht sich die Kraft, die von den bei¬ den bedienerseitigen Führungsrollen 3 gemessen werden. In gleichem Maße nehmen die Kräfte, die von den Führungsrollen 3 der Antriebsseite AS gemessen werden, ab.

Anhand dieser Kraftdifferenz zwischen Bedienerseite BS und Antriebsseite AS kann ein Rückschluß auf die Größe des Bandsäbels gezogen werden. Der somit erhaltene Differenzwert wird zur Ansteuerung der zueinander ver¬ stellbaren Walzen 2 verwendet.

Durch die Ansteuerung der verstellbaren Walzen 2 wird die Geometrie des Walzspalts entsprechend korrigiert, so daß ein Bandsäbel, der aufgrund einer nicht-parallelen Ausrichtung der Walzen 2 entsteht, wirksam verringert wird. Gleichsam kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das ent¬ sprechende Verfahren die Entstehung eines Bandsäbels und anderer Ein¬ flüsse durch aktive Beeinflussung der Walzspaltgeometrie beeinflußt bzw. verringert werden.

In Fig. 3 ist eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, die funktionell zu derjenigen der Fig. 2 identisch ist, jedoch eine Vielzahl von Führungsrollen mit Kraftmeßvorrichtungen aufweist, die gleichmäßig auf bei¬ den Bandseiten sowie vor und hinter dem Walzrollenpaar angeordnet sind. Durch die Vielzahl der Meßstellen kann die Genauigkeit der Messung und somit die Beeinflussung des Bandsäbels deutlich erhöht werden.

Ferner kann durch eine Erhöhung der Anzahl der Führungsrollen eine ver¬ besserte Führung des Metallbands erreicht werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verringern von Bandsäbeln beim Walzen eines Metall¬ bands (1 ) mit folgenden Schritten:

Messen der Position und/oder einer Druckkraft auf ein angrenzen¬ des Bauteil von mindestens einer Kante des Metallbands vor und/oder hinter einem Walzgerüst; und

- Anpassen der Walzspaltgeometrie zur Verringerung des Bandsä¬ bels.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine ungleichför¬ mige Verstellung des Walzspalts in Längsrichtung der Walze (2).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das

Führen des Metallbands (1) an mindestens einer Seitenführung vor und/oder hinter einem Walzgerüst; und

Messen der Druckkräfte in der/den Seitenführung(en) und/oder die Position der Seitenführung(en) zur Bestimmung eines Differenz¬ werts.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die kontinuierliche Führung des Metallbands (1) an der/den Seitenführung(en).

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, gekennzeichnet durch ein beidseitiges Führen des Metallbands (1) vor und/oder hinter dem Walzgerüst.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch eine Anpassung der Walzspaltgeometrie mit einem Zielwert für den Differenzwert der Druckkräfte von Null.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch die Anpassung der Walzspaltgeometrie anhand eines Werts für das Biegemoment, das sich aus dem Differenzwert der Meßergebnisse der Seitenführung(en) vor dem Walzgerüst und dem Differenzwert der Sei- tenführung(en) hinter dem Walzgerüst ergibt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch die Ansteuerung der Walze (2) anhand eines Differenzwerts der Sei- tenführung(en) vor oder hinter dem Walzgerüst in Verbindung mit einer

Bestimmung des Bandverlaufs relativ zur Walze (2).

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das Warmwalzen des Metallbands (1).

10. Vorrichtung zum Walzen eines Metallbands (1 ) mit einem Walzgerüst, das mindestens eine verstellbare Walze (2) aufweist, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position und/oder der Druckkraft auf ein angrenzendes Bauteil von mindestens einer Kante des Metallbands (1 ) zum Erzeugen von Meßwerten zum Einstellen der

Geometrie des Walzspalts.

1 1. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch mindestens eine Seitenführung vor und/oder hinter dem Walzgerüst, die mit dem Metallband (1 ) in Kontakt steht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenführung(en) im ständigen Kontakt mit dem Metallband (1 ) stehen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 oder 12, gekennzeichnet durch minde¬ stens jeweils eine Seitenführung auf jeder Seite des Metallbands (1 ) vor und hinter dem Walzgerüst.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch minde¬ stens jeweils eine Seitenführung auf jeder Seite des Metallbands (1) vor oder hinter dem Walzgerüst sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position des Metallbands (1) relativ zur Walze (2).

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch Seitenführungen in Form von Führungsrollen (3).

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 15, gekennzeichnet durch deren Anordnung in einer Vorstraße einer Warmwalzstraße.