EP3097992B1 - Verfahren zum stufenwalzen eines metallbandes - Google Patents

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EP3097992B1
EP3097992B1 EP15169819.8A EP15169819A EP3097992B1 EP 3097992 B1 EP3097992 B1 EP 3097992B1 EP 15169819 A EP15169819 A EP 15169819A EP 3097992 B1 EP3097992 B1 EP 3097992B1
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EP
European Patent Office
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strip
work rolls
rolling
rolling process
metal strip
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EP3097992A8 (de
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Stephan Dr. Scharfenorth
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Giebel Kaltwalzwerk GmbH
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Giebel Kaltwalzwerk GmbH
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    • 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
    • B21B37/16—Control of thickness, width, diameter or other transverse dimensions
    • B21B37/24—Automatic variation of thickness according to a predetermined programme
    • B21B37/26—Automatic variation of thickness according to a predetermined programme for obtaining one strip having successive lengths of different constant thickness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21B37/48—Tension control; Compression control
    • B21B37/52—Tension control; Compression control by drive motor control
    • B21B37/54—Tension control; Compression control by drive motor control including coiler drive control, e.g. reversing mills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2265/00—Forming parameters
    • B21B2265/12—Rolling load or rolling pressure; roll force

Definitions

  • the invention relates to a method for step rolling a metal strip according to the preamble of claim 1.
  • the step rolling is known as a method for the production of metal strips already in the field, also known as "flexible rolling".
  • This method allows the production of metal strips which have different thicknesses over the length.
  • the roll gap formed between a first work roll and a second work roll is selectively moved during the rolling process.
  • different lengths or arbitrarily changing sections of the metal strip guided through the roll gap can be rolled with different strip thicknesses.
  • over the metal band length distributed band sections with larger and band sections with a smaller band thickness arise.
  • These different thickness band sections can also be connected to each other via differently configured gradients, that is, transitional sections.
  • step rolling method rolled products having load and weight optimized cross-sectional shapes can be produced. It is usually designed as a band roll with a coiling device and a coil coiler on coil. It is also well known that strip rolls applied over the reel assist the rolling process and improve the flatness or straightness of the fabricated metal strip longitudinally in the rolling direction. From the EP 1 908 534 A1 is known a step rolling process, in which occurring mass flow changes and tape tension changes are compensated by drive controls of the reel drives and additional S-roller pairs to avoid disturbances of the winding process and to ensure a uniform coil tension or winding tension.
  • the flatness of the metal strip is crucial for its proper further processing, since only with good or sufficient flatness homogeneous or the same conditions over the entire metal bandwidth.
  • the problem of the response of the control and the required control time to the correction plays an important role. It is particularly disadvantageous that the control times are shortened, in particular with short transitions between the stages and at high belt speeds. This leads to geometrical limits of possible step bands, that is not all desired transitions from one strip thickness to another Tape thickness can be realized by rolling technology.
  • the advantages achieved by the invention result from the fact that the rolling force applied by the work rolls is kept constant during the rolling process. As a result, negative effects, such as rolling force-dependent errors, such as flatness errors, avoided in a simple manner.
  • the further process parameters are to be adapted such that the rolling force does not change despite changing the roll gap, that is, it remains constant or approximately constant.
  • Particularly suitable for this purpose is the control of a strip tension applied to the metal strip.
  • a strip tension control should be so targeted that the rolling force applied by the work rolls to the metal strip is constant during the rolling process. With the targeted change of the belt tension can be achieved that the rolling force moves during the change of the roll gap at a constant level.
  • step rolling it has been found that the disadvantages associated with a control, such as response time and control time, are unsuitable for satisfactorily producing short, defined transitions and small radii of arbitrarily recurring alternating profiles. For this reason, it is advantageous if the tape trains are set to predetermined values and controlled and also the adjustment between two predetermined values is also controlled.
  • Such controlled Bandzuganpassung allows all rolling force-influencing effects, such as roller flattening, deflection, and band embedment and to ensure constant conditions for the rolling process. With a constant rolling force, the errors dependent on the rolling force change can be limited very simply and effectively, since the elastic deformations of the roll remain constant with a constant rolling force.
  • the constant rolling force changes only during the rolling process insofar as during the rolling process the elastic deformation of the work rolls, such as roll flattening, roll deflection and band embedding in the rolls, is constant or approximately constant.
  • the errors dependent on the rolling force change can be limited very simply and effectively.
  • the properties of the work rolls are taken into account when changing the rolling force such that during the rolling process no significant change in the elastic deformation takes place.
  • a particular embodiment of the invention provides that a forward web tension applied by the coiler device or a reverse web tension applied by the webbinding device is controlled during the rolling process. Furthermore, it is possible to control both the forward and reverse belt tension. The control of the belt tension is a suitable way to keep the rolling force constant, even if the rolling gap formed between the work rolls changes.
  • a further embodiment of the invention provides that the roll gap is reduced in order to reduce the strip thickness, and the forward strip tension and the reverse strip tension are increased in order to obtain a constant rolling force.
  • a reduction of the roll gap, without increasing this strip tension regularly leads to an increase in the rolling force, as a result of which the problems already described for the rolling process occur.
  • Particularly advantageous is the simultaneous control of the belt tension in the forward and backward direction, so both the belt tensioners of the decoiler and the coiler, during a reduction of the roll gap, by employment of the work rolls. With a targeted control of the belt tension, the change in the rolling force during the employment of the work rolls can be avoided or reduced.
  • the roll gap is increased and the forward strip tension and the reverse strip tension are lowered in order to obtain a constant rolling force.
  • the rolling force can be kept at a constant level.
  • the pitch of the work rolls or the speed of the work rolls or both speed and pitch of the work rolls are controlled according to precalculated data.
  • the speeds of the decoiler or the reeling device or the rotational speeds of both reeling devices are preferably to be controlled according to precalculated data.
  • precalculated velocity data suitable parameters can be targeted.
  • the disadvantages of a control by the response and control time can be avoided. This makes it possible to optimally design the step rolling process and to avoid rolling force changes that would result from a change in the roll gap.
  • the parameters necessary for an optimal rolling process could be set and controlled. When calculating the speed data, the material properties and the desired geometry are taken into account.
  • the device which operates according to the method as described here and in the following and comprises means for carrying out the method.
  • the device according to the invention comprises at least two work rolls which form a roll gap, a discharge reel device, a coiling device and adjusting and control means, by means of which the employment of the work rolls, the speed of the work rolls and the speed of the professionhaspelvorplatz and / or the Aufhaspelvortechnik adjustable and / or are controllable.
  • a closed process model which describes the acting forces and kinematics in the roll gap, in particular under the action of the belt pulls, ie the outer longitudinal pulls.
  • the rolling process in particular the step rolling, is a three-dimensional forming process in which a coupled force system in the longitudinal and width direction acts in the roll nip. Through the interaction the forces are deformed the work rolls both in the radial direction and in the axial direction. These deformations occurring in particular in the axial direction result in different height changes in the width direction, which leads to flatness errors in the belt.
  • the rolling process is controlled in such a way that the forces acting on the roll gap are influenced with the help of targeted changes in the strip tension so that the elastic deformations of the rolls remain approximately constant due to constant rolling force and thus flatness errors due to uncontrolled roll deformation do not occur and a stable rolling process is achieved becomes.
  • step rolling it should also be noted that the process becomes multi-dimensional due to time-dependent variations in the strip thickness. Keeping the rolling forces constant by means of a controlled change in the strip tension must take these transient dependencies into account.
  • FIG. 1a schematically shows a device according to the invention.
  • the metal strip 4 is guided over the entire width 8 in the longitudinal direction 7 by a roll gap 3 formed by an upper work roll 1 and a lower work roll 2.
  • the metal strip 4 is unwound from the professionhaspelvorraum 5 and wound after the rolling process, which takes place between the work rolls 1, 2, of the coiler 6.
  • the metal strip 4 moves in the longitudinal direction 7 through the nip 3 and is processed on the entire bandwidth 8 of the work rolls 1, 2.
  • the strip thickness of the metal strip 4 is changed stepwise in the longitudinal direction 7 during the rolling process and thus a profile contour 11 (FIG. FIG. 2 and 6 ) reached.
  • the profile contour 11 ( FIG. 2 and 6 ) adjusts itself to the entire bandwidth 8 by preferably controlling the setting speed and the speed of the work rolls 1, 2, the speed of the decoiler 5 and the coiler 6 according to precalculated speed data by means of a controller 9 and adjusting means (not shown).
  • FIG. 1b schematically is a one-armed 4-Walzen-Reversiergerüst from Walzenachsencardi shown.
  • the work rolls 1, 2 are supported by two support rollers 23.
  • the dashed arrows represent forces, speeds and torques and are intended to illustrate the rolling process.
  • FIG. 2 and FIG. 6 show by way of example the profile contour 11 of a metal strip 4 (FIG. FIG. 1a ) with a length L after a rolling process as a diagram, the diagram ranging from 0 L to 1.12 L. "L" here represents a freely selectable value for the profile length produced.
  • the profile height h plotted in the diagram is taken from the center of the metal strip 4 (FIG. FIG. 1a ) measured in the height direction, which is why the metal strip 4 ( FIG. 1a ) has twice the metal strip thickness after the rolling process.
  • a metal strip 4 FIG.
  • FIG. 6 illustrated profile contour 11 has between the planar sections, level 16, level 18, level 20 and the gradients 17, 19, the transition points 12, 13, 14 and 15, which are used for further explanation.
  • FIG. 2 it can be seen that the achievable by employment of the roller profile contour 11 in particular at the transition point 13 of the profile contour 11 according to FIG. 6 deviates to the extent that the achievable radius in the transition point 13 is significantly smaller or in FIG. 2 hardly recognizable.
  • FIG. 3 is the rolling force curve 21 over a time interval T of in FIG. 2 Rolling process shown as a diagram.
  • the rolling force W begins with where kN, where "where" is a value adjusting for the rolling force, and increases after the transition point 12 during the employment of the work rolls 1, 2 (FIG 1a). Its maximum reaches the rolling force W at the transition point 13 with 2.32 W 0 kN. Subsequently, the rolling force W during the flat portion, level 18, between the transition points 13 and 14 is constant at 2.0 Wo kN before moving to the transition point 14, due to the renewed employment of the work rolls 1, 2 ( FIG. 1a ) decreases again and after the transition point 15 again reaches a value of Where kN.
  • FIGS. 4 and 5 Over the same considered time interval T show the FIGS. 4 and 5 the voltage curves of the band trains as a diagram.
  • FIG. 4 is the voltage curve 22 of the remindwinkares ⁇ 0 of the decoiler device 5 FIG. 1a ), which remains constant at ⁇ 0 * MPa throughout the rolling process.
  • the tension 22 of the forward belt tension ⁇ 1 of the coiler 6 (FIG. FIG. 1a ) changes, however, during the time interval T considered.
  • the tension of this tape tension increases, as from FIG. 5 shows, during the rolling process between the transition points 12 and 13 to a maximum of 1.23 ⁇ 1 * MPa, before the voltage drops to the transition point 14 again.
  • ⁇ 0 * and ⁇ 1 * represent stress values ranging from 15% to 60% of the yield stress at the considered strip profile position.
  • the FIG. 6 shows by way of example the profile contour 11 metal strip 4 ( FIG. 1a ) after a rolling process.
  • the strip thickness is reduced to a profile height h of 0.425 Ho, that is to say a metal strip thickness of 0.85 Ho, whereby subsequently a further stepwise adjustment of the work rolls 1, 2 (FIG. FIG. 1a ) and the material band 4 ( FIG. 1a ) is reduced in sections to a profile height h of 0.2875 H 0 , ie a metal strip thickness of 0.575 Ho.
  • level 16, level 18, level 20 of the metal strip profile 11 there are transitions having a pitch, reference numerals 17 and 19.
  • FIG. 6 It can be seen that by adjusting the rollers 1, 2 ( FIG.
  • FIG. 7 apparent diagram shows the rolling force curve 21 over the time interval T of in FIG. 6 shown rolling process.
  • the rolling force W begins with Where kN and rises after the transition point 12 during the employment of the work rolls 1, 2 ( FIG. 1a ) minimal. Your maximum reaches the rolling force W at the transition point 13 with just 1.14 Wo kN. Subsequently, the rolling force W is constant during the flat section, level 18, between the transition points 13 and 14 before moving to the transition point 14, due to the renewed employment of the work rolls 1, 2 (FIG. FIG. 1a ) decreases again and after the transition point 15 again reaches a value of W 0 kN.
  • FIGS. 8 and 9 Over the same considered time interval T show the FIGS. 8 and 9 in diagrams the voltage curves of the band trains.
  • FIG. 8 is the voltage curve 22 of the remindprocessyakes ⁇ 0 of the decoiler device 5 FIG. 1a ), which is adjusted during the rolling process.
  • the strip tension is during the employment of the work rolls 1, 2 ( FIG. 1a ) between the transition points 12 and 13 adapted to a tensile stress of 6.7 ⁇ 0 * MPa. This tension is maintained for the rolling process up to the transition point 14, before the strip tension of the decoiler device 5 (FIG. FIG. 1a ) is reduced again.
  • the tension 22 of the forward belt tension ⁇ 1 of the coiler 6 (FIG. FIG. 1a ) also changes during the considered time interval T.
  • the tension 22 of this strip tension increases during the rolling process between the transition points 12 and 13 to 8 ⁇ 1 * MPa, before the voltage drops 22 after the transition point 14 again.
  • the invention can be summarized as follows: an increase in the rolling force W ( FIG. 1a ) is effectively prevented by the deformation and stress state in the roll gap 3 ( FIG. 1a ) by the on the metal strip 4 ( FIG. 1a ) applied bandages ⁇ 0 , ⁇ 1 is changed.
  • the vertical stress increases, resulting in a higher rolling force W (FIG. FIG. 1a ).
  • the adaptation of the belt tension ⁇ 0 , ⁇ 1 is achieved, however, that to achieve flow conditions in the nip 3 ( FIG. 1a ) a lower resulting vertical stress is required.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stufenwalzen eines Metallbandes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Das Stufenwalzen ist als Verfahren zur Herstellung von Metallbändern bereits aus der Praxis, auch unter dem Begriff "flexibles Walzen", bekannt. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung von Metallbändern, die über die Länge unterschiedliche Banddicken aufweisen. Hierzu wird während des Walzprozesses der zwischen einer ersten Arbeitswalze und einer zweiten Arbeitswalze gebildete Walzspalt gezielt verfahren. So können unterschiedlich lange oder beliebig wechselnde Abschnitte des durch den Walzspalt geführten Metallbandes mit unterschiedlichen Banddicken gewalzt werden. Dadurch entstehen über die Metallbandlänge verteilt Bandabschnitte mit größerer und Bandabschnitte mit geringerer Banddicke. Diese unterschiedlich dicken Bandabschnitte können zudem über unterschiedlich ausgestaltete Steigungen, das heißt Übergangsabschnitte, miteinander verbunden sein.
  • Mit dem Verfahren des Stufenwalzens lassen sich Walzprodukte mit belastungsund gewichtsoptimierten Querschnittsformen herstellen. Es ist üblicherweise als Bandwalzen mit einer Ablaufhaspelvorrichtung und einer Aufhaspelvorrichtung von Coil auf Coil ausgelegt. Es ist auch allgemein bekannt, dass über die Haspel aufgebrachte Bandzüge den Walzprozess unterstützen und die Planheit oder Geradheit des gefertigten Metallbandes längs, in Walzrichtung, verbessern. Aus der EP 1 908 534 A1 ist ein Stufenwalzverfahren bekannt, bei dem auftretende Massenflussänderungen und Bandzugänderungen durch Antriebsregelungen der Haspelantriebe und zusätzliche S-Rollenpaare kompensiert werden, um Störungen des Wickelprozesses zu vermeiden und eine gleichmäßige Coilspannung bzw. Wickelspannung sicherzustellen.
  • Von besonderer Bedeutung ist, dass anders als beim konventionellen Bandwalzen beim Stufenwalzen während des Walzprozesses aufgrund der Dickenänderungen des Metallbandes immer große Änderungen der Walzkraft auftreten. Die gewünschte Banddickenänderung wird zwar erreicht, hat aber zur Folge, dass erhebliche Änderungen der Walzen- und Gerüstbelastung und damit verbundene elastische Verformungen auftreten. Hierdurch kommt es zu ungewünschten Veränderungen der Walzspalt- und Bandgeometrie, wodurch die Planheit des gewalzten Bandes negativ beeinflusst wird. So führen Änderungen der Walzkraft während des Walzprozesses zu elastischen Verformungen aller Walzen, wie etwa Walzenabplattung, Walzendurchbiegung und Einbettung in die Walzen. Dies hat eine Änderung des Bandprofils zur Folge, was bei Ungleichförmigkeiten zu Planheitsfehlern führt. Bisher wird versucht diese Auswirkungen, wie in EP 1 074 317 B1 offenbart, durch eine Korrektur der Biegelinien der Arbeitswalzen zu reduzieren. Ohne eine solche Korrektur würde beim beschriebenen Walzprozess ein für diese Lastwechsel charakteristisches unplanes Metallbandprofil entstehen.
  • Es bilden sich Welligkeiten des Metallbandes, wie beispielweise Randwellen oder Mittelwellen, aus, da die bezogene Höhenänderung und dementsprechend bezogene Längenänderung nicht konstant über die Walzgutbreite sind. Hierdurch ergeben sich unterschiedliche Dicken über die Metallbandbreite, die zu unterschiedlichen Längen innerhalb des Metallbandes führen und damit die genannten Bandfehler verursachen.
  • Insbesondere die Planheit des Metallbandes ist für dessen einwandfreie Weiterverarbeitung entscheidend, da nur bei guter oder ausreichender Planheit homogene oder gleiche Verhältnisse über die gesamte Metallbandbreite vorliegen.
  • Bei einem konventionellen Bandwalzvorgang zur Herstellung von einfachen planen Metallbändern mit über ihre Länge gleichbleibender Dicke wird neben der Banddicke auch die Planheit über Regelkreise überwacht und bei Abweichungen eingeregelt. Nachteilig an einer solchen Regelung ist, dass hierfür eine Ansprechund Regelzeit erforderlich ist, bis eine solche Regelung angesprochen hat und die Wirkung einer Abweichung durch die Wirkung einer Korrektur ausgeregelt ist.
  • Besonders beim Stufenwalzen stellt sich das Problem des Ansprechens der Regelung und die erforderliche Regelzeit bis zur Korrektur spielt eine bedeutende Rolle. Als besonders nachteilig erweist sich, dass sich die Regelzeiten insbesondere bei kurzen Übergängen zwischen den Stufen und bei hohen Bandgeschwindigkeiten verkürzen. Dies führt zu geometrischen Grenzen möglicher Stufenbänder, das heißt nicht alle gewünschten Übergänge von einer Banddicke zu einer nächsten Banddicke sind walztechnisch realisierbar.
  • Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren kann sich ein Problem ergeben. So führt die Änderung der Walzenanstellung beim Stufenwalzen immer zu einer starken Veränderung der Walzkraft und eine Regelung zur Korrektur von daraus ergebenden Veränderungen am Metallband ist aufgrund der erforderlichen Ansprech- und Regelzeit ungeeignet für die schnellen Wechsel der Banddicke beim Stufenwalzen.
  • Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile ergeben sich daraus, dass die von den Arbeitswalzen aufgebrachte Walzkraft während des Walzprozesses konstant gehalten wird. Hierdurch werden negative Auswirkungen, wie walzkraftabhängige Fehler, beispielsweise Planheitsfehler, auf einfache Weise vermieden. Zur Erreichung einer konstanten Walzkraft sind die weiteren Prozessparameter dahingehend anzupassen, dass sich die Walzkraft trotz Änderung des Walzspaltes nicht verändert, also konstant oder annähernd konstant bleibt. Hierfür besonders geeignet ist die Steuerung eines auf das Metallband aufgebrachten Bandzuges. Eine solche Bandzugsteuerung sollte so gezielt erfolgen, dass die von den Arbeitswalzen auf das Metallband aufgebrachte Walzkraft während des Walzprozesses konstant ist. Mit der gezielten Änderung der Bandzüge kann erreicht werden, dass sich die Walzkraft während der Veränderung des Walzspaltes auf einem konstanten Niveau bewegt. Beim Stufenwalzen hat sich gezeigt, dass die mit einer Regelung verbundenen Nachteile, wie Ansprechzeit und Regelzeit, ungeeignet sind, um kurze definierte Übergänge und kleine Radien beliebig widerkehrend mit wechselnden Profilen zufriedenstellend herzustellen. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn die Bandzüge auf vorgebbare Werte eingestellt und angesteuert werden und auch die Anpassung zwischen zwei vorgegebenen Werten ebenfalls gesteuert erfolgt. Eine solche gesteuerte Bandzuganpassung ermöglicht es, alle walzkraftbeeinflussenden Effekte, wie etwa Walzenabplattung, Durchbiegung, und Bandeinbettung zu kompensieren und konstante Bedingungen für den Walzprozess zu gewährleisten. Mit einer konstanten Walzkraft lassen sich die von der Walzkraftänderung abhängigen Fehler sehr einfach und wirksam begrenzen, da die elastischen Verformungen der Walze bei konstanter Walzkraft gleich bleiben.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die konstante Walzkraft sich während des Walzprozesses nur insoweit ändert, als dass während des Walzprozesses die elastische Verformung der Arbeitswalzen, wie Walzenabplattung, Walzendurchbiegung und Bandeinbettung in die Walzen, konstant oder annähernd konstant ist. Hierdurch lassen sich die von der Walzkraftänderung abhängigen Fehler sehr einfach und wirksam begrenzen. Hierzu werden die Eigenschaften der Arbeitswalzen bei der Änderung der Walzkraft derart berücksichtigt, dass während des Walzprozesses keine nennenswerte Änderung der elastischen Verformung erfolgt.
  • Eine besondere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein von der Aufhaspelvorrichtung aufgebrachter Vorwärtsbandzug oder ein von der Ablaufhaspelvorrichtung aufgebrachter Rückwärtsbandzug während des Walzprozesses gesteuert wird. Weiterhin ist es möglich, sowohl den Vorwärtsbandzug als auch den Rückwärtsbandzug zu steuern. Die Steuerung der Bandzüge ist eine geeignete Möglichkeit die Walzkraft konstant zu halten, auch wenn sich der zwischen den Arbeitswalzen gebildete Walzspalt ändert.
  • Als besonders vorteilhafte Ausführung wurde erkannt, dass durch eine gezielte Bandzugsteuerung, also eine gezielte Änderung des Vorwärtsbandzugs oder des Rückwärtsbandzugs oder eine gezielte Änderung beider Bandzüge, und gezielte Steuerung der Drehzahl und Anstellgeschwindigkeit der Arbeitswalzen, vorzugsweise eine Änderung all dieser Parameter zur gleichen Zeit, die Geometrie von Übergängen, insbesondere deren Steigung und die Radien von Übergangsstellen, zwischen der stufenweise veränderten Banddicke des Metallbandes beeinflusst wird. Hierdurch ist eine Ausweitung der durch Stufenwalzen erreichbaren Geometrien möglich. Außerdem können durch die Änderung der Geometrien hervorgerufene Walzkraftänderungen und damit verbundene Fehler der Bandgeometrie, Profil und Planheit, reduziert werden. Dies ist von besonderer Bedeutung, da beim Stufenwalzen in den Übergangstellen leicht Walzkraftspitzen entstehen, die sich nachteilig auf die Stabilität des Walzprozesses auswirken. Als besonders kritisch in diesem Zusammenhang wurden Übergangsstellen identifiziert, die sich zwischen einer negativen Steigung, die sich durch Reduzierung des Walzspalts ausbildet, und einer nachfolgenden flacheren planen Ebene einstellen. An diesen Übergangsstellen steigt die Walzkraft ohne weitere Maßnahmen sehr stark an, was zu den bereits beschrieben Problemen führt.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zur Reduzierung der Banddicke der Walzspalt verkleinert und der Vorwärtsbandzug und der Rückwärtsbandzug zur Erhaltung einer konstanten Walzkraft erhöht werden. Ohne Erhöhung dieser Bandzüge führt insbesondere eine Verkleinerung des Walzspaltes regelmäßig zu einer Erhöhung der Walzkraft, wodurch die bereits beschrieben Probleme für den Walzprozess auftreten. Besonders vorteilhaft ist die gleichzeitige Steuerung der Bandzüge in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, also sowohl die Bandzüge der Ablaufhaspelvorrichtung als auch der Aufhaspelvorrichtung, während einer Verkleinerung des Walzspaltes, durch Anstellung der Arbeitswalzen. Mit einer gezielten Steuerung der Bandzüge lässt sich die Veränderung der Walzkraft während der Anstellung der Arbeitswalzen vermeiden oder reduzieren.
  • Weiter vorteilhaft ist, wenn zur Erhöhung der Banddicke der Walzspalt vergrößert und der Vorwärtsbandzug und der Rückwärtsbandzug zur Erhaltung einer konstanten Walzkraft abgesenkt werden. Mit dieser Steuerung lässt sich die Walzkraft auf einem konstanten Niveau halten.
  • Als besonders vorteilhafte Ausführung hat sich erwiesen, dass die Anstellgeschwindigkeit der Arbeitswalzen oder die Drehzahl der Arbeitswalzen oder sowohl Drehzahl als auch Anstellgeschwindigkeit der Arbeitswalzen nach vorberechneten Daten gesteuert werden. Auch die Drehzahlen der Ablaufhaspelvorrichtung oder der Aufhaspelvorrichtung oder auch die Drehzahlen beider Haspelvorrichtungen sind bevorzugt nach vorberechneten Daten zu steuern. Mit diesen vorberechneten Geschwindigkeitsdaten können geeignete Parameter gezielt angesteuert werden. Die Nachteile einer Regelung durch die Ansprech- und Regelzeit können so vermieden werden. Hierdurch ist es möglich, den Stufenwalzprozess optimal auszugestalten und Walzkraftänderungen, die sich aus einer Änderung des Walzspaltes ergeben würden, zu vermeiden. Mit den vorberechneten Geschwindigkeitsdaten könnten die für einen optimalen Walzprozess nötigen Parameter eingestellt und angesteuert werden. Bei der Berechnung der Geschwindigkeitsdaten werden die Materialeigenschaften und die gewünschte Geometrie berücksichtigt.
  • Das oben genannte Problem wird auch mit einer Vorrichtung gelöst, die nach dem Verfahren, wie hier und im Folgenden beschrieben, arbeitet und dazu Mittel zur Durchführung des Verfahrens umfasst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst hierzu zumindest zwei Arbeitswalzen, die einen Walzspalt bilden, eine Ablaufhaspelvorrichtung, eine Aufhaspelvorrichtung und Stell- und Steuermittel, mittels welcher die Anstellung der Arbeitswalzen, die Drehzahl der Arbeitswalzen und die Drehzahl der Ablaufhaspelvorrichtung und/oder der Aufhaspelvorrichtung einstellbar und/oder steuerbar sind.
  • Wesentlich an der Erfindung ist zusammengefasst, dass bei gezielter Veränderung der Banddicke der Vor- und Rückzug am Walzspalt so gesteuert wird, dass trotz unterschiedlicher Formänderung die Walzkraft konstant bleibt. Hierdurch verändern sich planheitsbeeinflussende Effekte, wie etwa Walzenabplattung, Durchbiegung und Bandeinbettung nicht oder nur unwesentlich, so dass hierdurch üblicherweise hervorgerufenen Planheitsfehler ausbleiben.
  • Hierzu dient ein geschlossenes Prozessmodell, welches die wirkenden Kräfte und Kinematik im Walzspalt insbesondere unter Wirkung der Bandzüge, also der äußeren Längszüge, beschreibt. Der Walzprozess insbesondere das Stufenwalzen ist ein dreidimensionaler Umformprozess, bei dem ein gekoppeltes Kräftesystem in Längs- und Breitenrichtung im Walzspalt wirkt. Durch das Zusammenwirken der Kräfte werden die Arbeitswalzen sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung verformt. Diese insbesondere in axialer Richtung auftretenden Verformungen ergeben unterschiedliche Höhenänderungen in Breitenrichtung, was zu Planheitsfehlern im Band führt. Durch das Prozessmodells wird der Walzvorgang so gesteuert, dass mit Hilfe gezielter Veränderungen der Bandzüge die wirkenden Kräfte im Walzspalt so beeinflusst werden, dass durch konstante Walzkraft die elastischen Verformungen der Walzen annähernd konstant bleiben und somit Planheitsfehler durch unkontrollierte Walzendeformationen nicht auftreten und ein stabiler Walzprozess erreicht wird. Beim Stufenwalzen ist zusätzlich zu beachten, dass durch zeitabhängige Variationen der Banddicke der Prozess mehrdimensional instationär wird. Die Konstanthaltung der Walzkräfte mittels gesteuerter Veränderung der Bandzüge muss diese instationären Abhängigkeiten berücksichtigen.
  • Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnungen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
    • Figur 1a
    schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
    Figur 1b
    schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Stütz- und Arbeitswalzen,
    Figur 2
    Profilkontur bei Walzvorgang ohne erfindungsgemäße Anpassung,
    Figur 3
    Walzkraftverlauf bei Walzvorgang ohne erfindungsgemäße Anpassung über die Zeit,
    Figur 4
    erzeugter Bandzug der Ablaufhaspelvorrichtung ohne erfindungsgemäße Anpassung über die Zeit,
    Figur 5
    erzeugter Bandzug der Aufhaspelvorrichtung ohne erfindungsgemäße Anpassung über die Zeit,
    Figur 6
    Profilkontur bei Walzvorgang nach erfindungsgemäßer Anpassung,
    Figur 7
    Walzkraftverlauf bei Walzvorgang nach erfindungsgemäßer Anpassung über die Zeit,
    Figur 8
    angepasster Bandzug der Ablaufhaspelvorrichtung nach erfindungsgemäßer Anpassung über die Zeit,
    Figur 9
    angepasster Bandzug der Aufhaspelvorrichtung nach erfindungsgemäßer Anpassung über die Zeit.
  • Die Figur 1a zeigt schematisch dargestellt eine erfindungsgemäße Vorrichtung. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Metallband 4 auf der gesamten Bandbreite 8 in Längsrichtung 7 durch einen von einer oberen Arbeitswalze 1 und einer unteren Arbeitswalze 2 gebildeten Walzspalt 3 geführt. Hierbei wird das Metallband 4 von der Ablaufhaspelvorrichtung 5 abgewickelt und nach dem Walzvorgang, der zwischen den Arbeitswalzen 1, 2 stattfindet, von der Aufhaspelvorrichtung 6 aufgewickelt. Dadurch bewegt sich das Metallband 4 in Längsrichtung 7 durch den Walzspalt 3 und wird auf der gesamten Bandbreite 8 von den Arbeitswalzen 1, 2 bearbeitet. Mit einer Veränderung des Walzspaltes 3 zwischen den Arbeitswalzen 1, 2 wird die Banddicke des Metallbandes 4 stufenweise in Längsrichtung 7 während des Walzprozesses verändert und so eine Profilkontur 11 (Figur 2 und 6) erreicht. Die Profilkontur 11 (Figur 2 und 6) stellt sich auf der gesamten Bandbreite 8 ein, indem vorzugsweise die Anstellgeschwindigkeit und die Drehzahl der Arbeitswalzen 1, 2, die Drehzahl der Ablaufhaspelvorrichtung 5 und der Aufhaspelvorrichtung 6 nach vorberechneten Geschwindigkeitsdaten mittels einer Steuerung 9 gesteuert und über Stellmittel (nicht gezeigt) eingestellt werden.
  • In Figur 1b ist schematisch ein eingerüstiges 4-Walzen-Reversiergerüst aus Walzenachsenrichtung dargestellt. Die Arbeitswalzen 1, 2 werden von zwei Stützwalzen 23 abgestützt. Die gestrichelten Pfeile stellen Kräfte, Geschwindigkeiten und Drehmomente dar und sollen den Walzprozess veranschaulichen.
  • Die Zeichnungen gemäß den Figur 2 und Figur 6 zeigen beispielhaft die Profilkontur 11 eines Metallbandes 4 (Figur 1a) mit einer Länge L nach einem Walzvorgang als Diagramm, wobei das Diagramm von 0 L bis 1,12 L reicht. "L" stellt hier einen frei wählbaren Wert für die hergestellte Profillänge dar. Die im Diagramm aufgetragene Profilhöhe h wird von der Mitte des Metallbandes 4 (Figur 1a) aus in Höhenrichtung gemessen, weshalb das Metallband 4 (Figur 1a) nach dem Walzprozess eine doppelt so hohe Metallbanddicke aufweist. In den im Folgenden betrachteten Beispielen wird ein Metallband 4 (Figur 1a) mit einer Einlaufdicke von Ho verwendet, wobei "Ho" ein beliebiger Wert für die Einlaufdicke ist und vorzugsweise zwischen 1,2 mm und 5 mm liegt. Während dieses Walzprozesses wird die Banddicke auf eine Profilhöhe h von 0,425 H0, also eine Metallbanddicke von 0,85 Ho, reduziert wobei anschließend eine weitere stufenweise Anstellung der Arbeitswalzen 1, 2 (Figur 1a) vorgenommen wird und das Materialband 4 (Figur 1a) abschnittsweise auf eine Profilhöhe h von 0,2875 Ho, also eine Metallbanddicke von 0,575 Ho, reduziert wird. Zwischen den ebenen Abschnitten, Ebene 16, Ebene 18, Ebene 20, des Metallbandprofils 11 befinden sich Übergänge, die eine Steigung, Bezugszeichen 17 und 19, aufweisen. Die in Figur 2 und Figur 6 dargestellte Profilkontur 11 weist zwischen den ebenen Abschnitten, Ebene 16, Ebene 18, Ebene 20 und den Steigungen 17, 19 die Übergangsstellen 12, 13, 14 und 15 auf, die zur weiteren Erläuterung verwendet werden. In Figur 2 ist erkennbar, dass die durch Anstellung der Walze erreichbare Profilkontur 11 insbesondere an der Übergangsstelle 13 von der Profilkontur 11 gemäß Figur 6 dahingehend abweicht, dass der erreichbare Radius in der Übergangsstelle 13 deutlich kleiner ist bzw. in Figur 2 kaum noch erkennbar ist.
  • Aus Figur 3 ist der Walzkraftverlauf 21 über ein Zeitintervall T des in Figur 2 dargestellten Walzvorgangs als Diagramm zu sehen. Die Walzkraft W beginnt mit Wo kN, wobei "Wo" ein sich für die Walzkraft einstellender Wert ist, und steigt nach der Übergangsstelle 12 während der Anstellung der Arbeitswalzen 1, 2 (Figur 1a) an. Ihr Maximum erreicht die Walzkraft W an der Übergangsstelle 13 mit 2,32 W0 kN. Anschließend ist die Walzkraft W während des ebenen Abschnittes, Ebene 18, zwischen den Übergangsstellen 13 und 14 konstant bei 2,0 Wo kN, bevor sie nach der Übergangsstelle 14, in Folge der erneuten Anstellung der Arbeitswalzen 1, 2 (Figur 1a) wieder abnimmt und nach der Übergangstelle 15 wieder einen Wert von Wo kN erreicht.
  • Über das gleiche betrachtete Zeitintervall T zeigen die Figuren 4 und 5 die Spannungsverläufe der Bandzüge als Diagramm. In Figur 4 ist der Spannungsverlauf 22 des Rückwärtsbandzuges σ0 der Ablaufhaspelvorrichtung 5 (Figur 1a) zu sehen, der während des gesamten Walzprozesses konstant bei σ0* MPa liegt. Die Spannung 22 des Vorwärtsbandzuges σ1 der Aufhaspelvorrichtung 6 (Figur 1a) verändert sich hingegen während des betrachteten Zeitintervalls T. Die Spannung dieses Bandzuges steigt, wie aus Figur 5 hervorgeht, beim Walzvorgang zwischen den Übergangsstellen 12 und 13 auf maximal 1,23 σ1* MPa an, bevor die Spannung nach der Übergangstelle 14 wieder abfällt. σ0* und σ1* stellen Spannungswerte dar, die im Bereich von 15% bis 60% der Fließspannung an der betrachteten Bandprofilposition liegen.
  • Die Figur 6 zeigt beispielhaft die Profilkontur 11 Metallbandes 4 (Figur 1a) nach einem Walzvorgang. Wie bereits oben erwähnt, wird die Banddicke auf eine Profilhöhe h von 0,425 Ho, also eine Metallbanddicke von 0,85 Ho, reduziert wobei anschließend eine weitere stufenweise Anstellung der Arbeitswalzen 1, 2 (Figur 1a) vorgenommen wird und das Materialband 4 (Figur 1a) abschnittsweise auf eine Profilhöhe h von 0,2875 H0, also eine Metallbanddicke von 0,575 Ho, reduziert wird. Zwischen den ebenen Abschnitten, Ebene 16, Ebene 18, Ebene 20, des Metallbandprofils 11 befinden sich Übergänge, die eine Steigung, Bezugszeichen 17 und 19, aufweisen. In Figur 6 ist zu sehen, dass die durch Anstellung der Walzen 1, 2 (Figur 1a) erreichbare Profilkontur 11 insbesondere an der Übergangsstelle 13 von der Profilkontur 11 gemäß Figur 2 dahingehend abweicht, dass der erreichbare Radius in der Übergangsstelle 13 deutlich größer ist und dem Radius in der Übergangsstelle 14 entspricht. Diese Profilkontur 11 ist nur durch eine gezielte Anpassung der Bandzüge, Walzendrehzahl und Anstellgeschwindigkeit während des Walzprozesses möglich.
  • Das aus Figur 7 ersichtliche Diagramm zeigt den Walzkraftverlauf 21 über das Zeitintervall T des in Figur 6 dargestellten Walzvorgangs. Die Walzkraft W beginnt mit Wo kN und steigt nach der Übergangsstelle 12 während der Anstellung der Arbeitswalzen 1, 2 (Figur 1a) minimal an. Ihr Maximum erreicht die Walzkraft W an der Übergangsstelle 13 mit gerade mal 1,14 Wo kN. Anschließend ist die Walzkraft W während des ebenen Abschnittes, Ebene 18, zwischen den Übergangsstellen 13 und 14 konstant, bevor sie nach der Übergangsstelle 14, in Folge der erneuten Anstellung der Arbeitswalzen 1, 2 (Figur 1a) wieder abnimmt und nach der Übergangstelle 15 wieder einen Wert von W0 kN erreicht.
  • Über das gleiche betrachtete Zeitintervall T zeigen die Figuren 8 und 9 in Diagrammen die Spannungsverläufe der Bandzüge. In Figur 8 ist der Spannungsverlauf 22 des Rückwärtsbandzuges σ0 der Ablaufhaspelvorrichtung 5 (Figur 1a) zu sehen, der während des Walzprozesses angepasst wird. Der Bandzug wird während der Anstellung der Arbeitswalzen 1, 2 (Figur 1a) zwischen den Übergangsstellen 12 und 13 auf eine Zugspannung von 6,7 σ0* MPa angepasst. Diese Zugspannung wird für den Walzprozess bis zur Übergangsstelle 14 beibehalten, bevor der Bandzug der Ablaufhaspelvorrichtung 5 (Figur 1a) wieder reduziert wird. Die Spannung 22 des Vorwärtsbandzuges σ1 der Aufhaspelvorrichtung 6 (Figur 1a) verändert sich während des betrachteten Zeitintervalls T ebenfalls. So steigt die Spannung 22 dieses Bandzuges beim Walzvorgang zwischen den Übergansstellen 12 und 13 auf 8 σ1* MPa an, bevor die Spannung 22 nach der Übergangstelle 14 wieder abfällt.
  • Die Erfindung lässt sich wie folgt zusammenfassen: Eine Erhöhung der Walzkraft W (Figur 1a) wird wirksam verhindert, indem der Formänderungs- und Spannungszustand im Walzspalt 3 (Figur 1a) durch die auf das Metallband 4 (Figur 1a) aufgebrachten Bandzüge σ0, σ1 verändert wird. Üblicherweise erhöht sich durch eine Reduzierung des Walzspaltes die Vertikalspannung, woraus sich eine höhere Walzkraft W (Figur 1a) ergibt. Mit der Anpassung der Bandzüge σ0, σ1 wird hingegen erreicht, dass zur Erreichung von Fließbedingungen im Walzspalt 3 (Figur 1a) eine geringere resultierende Vertikalspannung erforderlich ist.
  • Die Steuerung der Bandzüge σ0, σ1 erfolgt über die Veränderung der Haspeldrehzahlen, wobei zur gezielten Steuerung der Bandzüge σ0, σ1 der Coildurchmesser berücksichtigt werden muss, damit durch die Veränderung der Haspeldrehzahlen ein gewünschter Haspelmoment erreicht wird, der auf die Bandzüge σ0, σ1, wirkt. Mit der Steuerung der Bandzüge σ0, σ1 wird so die Fließbedingung im Walzspalt 3 (Figur 1a) gezielt erreicht und erhalten, ohne dass die Vertikalspannungen und damit die Walzkraft W (Figur 1a) wesentlich verändert werden.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Obere Arbeitswalze (Oberwalze)
    2
    Untere Arbeitswalze (Unterwalze)
    3
    Walzspalt
    4
    Metallband
    5
    Ablaufhaspelvorrichtung
    6
    Aufhaspelvorrichtung
    7
    Längsrichtung
    8
    Bandbreite
    9
    Steuerung
    10
    Bandzugmessrolle
    11
    Profilkontur
    12
    Übergangsstelle12
    13
    Übergangsstelle13
    14
    Übergangsstelle14
    15
    Übergangsstelle15
    16
    Ebene16
    17
    Steigung17
    18
    Ebene 18
    19
    Steigung 19
    20
    Ebene 20
    21
    Walzkraftverlauf
    22
    Spannungsverlauf
    23
    Stützwalzen
    W
    Walzkraft in kN
    W0
    Ausgangswert für Walzkraft
    h
    Profilhöhe in mm
    H0
    Einlaufdicke des Metallbandes
    I
    gewalzte Profillänge in mm
    L
    Wert für gesamte Profillänge
    t
    Zeit in s
    T
    Zeitintervall
    σ0
    Rückwärtsbandzug in MPa
    σ0*
    Ausgangswert für Rückwärtsbandzug
    σ1
    Vorwärtsbandzug in MPa
    σ1*
    Ausgangswert für Vorwärtsbandzug

Claims (8)

  1. Verfahren zum Stufenwalzen eines Metallbandes (4), wobei das Metallband (4) von einer Ablaufhaspelvorrichtung (5) abgewickelt und von einer Aufhaspelvorrichtung (6) aufgewickelt wird,
    wobei das Metallband (4) während des Walzprozesses durch einen zwischen zwei Arbeitswalzen (1,2) gebildeten Walzspalt (3) geführt wird und der Walzspalt (3) während des Walzprozesses gezielt verändert wird,
    wobei hierdurch eine Banddicke des Metallbandes (4) stufenweise in Längsrichtung (7) während des Walzprozesses verändert wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein auf das Metallband (4) aufgebrachter Bandzug gezielt so gesteuert wird, dass die von den Arbeitswalzen (1, 2) auf das Metallband (4) aufgebrachte Walzkraft (W) während des Walzprozesses konstant oder annähernd konstant ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die konstante Walzkraft W sich während des Walzprozesses nur insoweit ändert, als dass während des Walzprozesses die elastische Verformung der Arbeitswalzen (1,2) konstant oder annähernd konstant ist.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein von der Aufhaspelvorrichtung (6) aufgebrachter Vorwärtsbandzug σ1 und/oder ein von der Ablaufhaspelvorrichtung (5) aufgebrachter Rückwärtsbandzug σ0 während des Walzprozesses gesteuert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass durch eine gezielte Bandzugsteuerung und gezielte Steuerung der Drehzahl und Anstellgeschwindigkeit der Arbeitswalzen (1,2) die Geometrie von Übergängen, insbesondere deren Steigung und die Radien von Übergangsstellen (12,13, 14,15), zwischen der stufenweise veränderten Banddicke des Metallbandes (4) beeinflusst wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Reduzierung der Banddicke der Walzspalt (3) verkleinert und der Vorwärtsbandzug σ1 und der Rückwärtsbandzug σ0 erhöht werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Erhöhung der Banddicke der Walzspalt (3) vergrößert und der Vorwärtsbandzug σ1 und der Rückwärtsbandzug σ0 abgesenkt werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Anstellgeschwindigkeit der Arbeitswalzen (1,2) und/oder die Drehzahl der Arbeitswalzen (1,2), der Ablaufhaspelvorrichtung (5) und/oder der Aufhaspelvorrichtung (6) nach vorberechneten Geschwindigkeitsdaten gesteuert werden.
  8. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest zwei Arbeitswalzen (1, 2), die einen Walzspalt (3) bilden, eine Ablaufhaspelvorrichtung (5), eine Aufhaspelvorrichtung (6) und Stell- und Steuermittel (9), mittels welcher die Anstellung der Arbeitswalzen (1, 2), die Drehzahl der Arbeitswalzen (1, 2) und die Drehzahl der Ablaufhaspelvorrichtung (5) und/oder der Aufhaspelvorrichtung (6) einstellbar und/oder steuerbar sind.
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