EP3890900A1 - Verfahren zum betreiben eines walzgerüstes zum stufenwalzen - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines walzgerüstes zum stufenwalzen

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EP3890900A1
EP3890900A1 EP19816591.2A EP19816591A EP3890900A1 EP 3890900 A1 EP3890900 A1 EP 3890900A1 EP 19816591 A EP19816591 A EP 19816591A EP 3890900 A1 EP3890900 A1 EP 3890900A1
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EP
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metal strip
strip
roll stand
thickness
change
Prior art date
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EP19816591.2A
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EP3890900B1 (de
Inventor
Jürgen Klöckner
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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Publication date
Application filed by SMS Group GmbH filed Critical SMS Group GmbH
Publication of EP3890900A1 publication Critical patent/EP3890900A1/de
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Publication of EP3890900B1 publication Critical patent/EP3890900B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/16—Control of thickness, width, diameter or other transverse dimensions
    • B21B37/24—Automatic variation of thickness according to a predetermined program
    • B21B37/26—Automatic variation of thickness according to a predetermined program for obtaining one strip having successive lengths of different constant thickness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/48—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
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B39/00—Arrangements for moving, supporting, or positioning work, or controlling its movement, combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B39/02—Feeding or supporting work; Braking or tensioning arrangements, e.g. threading arrangements
    • B21B39/08—Braking or tensioning arrangements
    • B21B39/084—Looper devices

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a rolling stand for step rolling of metal strip.
  • step rolling means rolling the metal strip with different thicknesses in individual sections of the metal strip.
  • Such methods for step rolling of metal strip are basically known in the prior art, such. B. from European patent application EP 1 121 990 A2.
  • This patent application discloses a roll stand with work rolls which span a roll gap.
  • An unwinding reel and a strip store are connected upstream of the roll stand on the inlet side for feeding metal strip with a constant starting thickness into the roll stand.
  • the roll stand - seen in the direction of the material flow - is followed by a strip store and a take-up reel.
  • the take-up reel is adjusted to the average value of the speed at which the metal strip runs out of the roll stand, taking into account the changed coil diameter. In this way, as much strip is wound onto the reel as the strip leaves the roll gap.
  • the at least one reel unit in the tape storage on the outlet side which is, for example, a dancer roll, is force-controlled, so that a desired tape tension is present.
  • This function of the tape storage on the outlet side as an actuator for regulating the tape pull on the outlet side has the disadvantage that the position of the roller unit or the dancer roller is fundamentally indefinite due to the aforementioned force control.
  • This indeterminacy of the position of the roller unit in connection with the fast running metal strip leads to instabilities.
  • the tape storage during its operation, possibly also in connection with the take-up reel can be regarded as a spring-mass system, which during operation is in the area of its Resonance frequency tends to an uncontrolled rocking.
  • the desired regulation of the strip tension on the outlet side only works suboptimally with the aid of the outlet side belt store as a force-controlled actuator.
  • the invention is based on the object of developing a known method for operating a rolling stand for step rolling of metal strip in such a way that the strip tension on the outlet side can be kept sufficiently constant even with rapid changes in the size of the roll gap and resulting rapid changes in thickness in the rolled metal strip.
  • This object is achieved by the method claimed in claim 1. Accordingly, the outlet-side strip tension of the metal strip with the help of Winding reel as an actuator is regulated to a predetermined exit-side target strip tension and additionally - overlapping - the position of the at least one roller unit of the exit-side ribbon store is regulated to target positions Psoii v, Psoii n individually specified for the leading and the subsequent section of the metal strip.
  • step rolling means rolling a coherent metal strip with different thicknesses in individual sections. In particular in a trailing section of the metal strip, the thickness is different than in an adjacent leading section of the metal strip. The difference between the thicknesses is Ah.
  • step rolling the term “flexible rolling” is used synonymously.
  • the claimed regulation of the strip tension with the aid of the winding reel as an actuator forms the basis for keeping the strip tension on the outlet side constant.
  • This regulation is well suited for keeping the strip tension constant if the thickness of the metal strip in the outlet of the roll stand does not change or only changes comparatively slowly.
  • comparatively slow means that a change in the strip tension resulting therefrom can be compensated for in spite of the large inertia of the winding reel.
  • the said regulation of the strip tension with the help of the winding reel is superimposed on a position control of the reel unit in the strip storage on the outlet side.
  • the reel unit in the strip storage on the outlet side has a much lower mass inertia than the take-up reel and can therefore react very flexibly, ie very quickly to changes in the strip tension that occur more frequently, as they result from rapid changes in the thickness of the metal strip.
  • the claimed position control of the roller unit of the tape storage on the outlet side has the advantage that the Position of the roller unit is fixed during the control in the form of target positions. With this fixed specification of the target positions, the respective strip tension is also permanently set.
  • the claimed position control of the roller unit offers the advantage of greater stability of the strip tension on the outlet side even when the roll gap or the thickness of the metal strip changes dynamically.
  • the necessary change in the desired position of the roll unit resulting from the predetermined thickness difference is calculated in advance in a process model for step rolling, preferably before or during the thickness difference is realized by a change in the roll gap between the work rolls of the roll stand.
  • the roller unit can be set to its new changed target position very early or can be precontrolled. This is preferably done at the latest as soon as the size of the roll gap is changed by the difference in thickness Ah.
  • This feedforward control according to the invention offers the advantage that the required change in the position of the roller unit does not take place later than the change in thickness, as a result of which an instability of the strip tension which otherwise occurs temporarily in the meantime can be effectively prevented.
  • the metal strip fed to the roll stand on the inlet side preferably has a constant initial thickness.
  • Figure 1 shows a rolling mill with a rolling stand for step rolling of metal strip
  • FIG. 2 shows a detailed view of FIG. 1 to explain the method according to the invention.
  • Figure 3 is an illustration of the changed target position of the
  • FIG. 1 shows a rolling installation for the step rolling of metal strip 200.
  • This installation comprises a rolling stand 100 with work rolls 105, which span a roll gap.
  • the size of the roll gap is variable during step rolling to introduce differences in thickness Ah into the metal strip.
  • a leading section 220 of the metal strip then has a different thickness than a subsequent section 210 of the metal strip 200.
  • the difference in thickness is Ahi; see Figure 2.
  • the metal strip preferably with a constant initial thickness ho, is provided by a decoiler 80 on the inlet side of the roll stand 100.
  • the then rolled metal strip 200 first passes through an outlet-side band store 110 before it is wound up into a coil using an outlet-side winding reel. Due to changes in the size of the roll gap during rolling, the metal strip wound into the coil has different thicknesses in different sections.
  • the method according to the invention aims in particular to keep the strip tension on the outlet side of the roll stand 100 constant even in the event of rapid changes in the thickness of the metal strip, such as occur in step rolling.
  • the take-up reel 120 is used as an actuator for a strip tension control, in which the exit-side strip tension is regulated to a predetermined exit-side target strip tension.
  • the strip tension is proportional to a tensile force acting on the metal strip in the longitudinal direction of the metal strip.
  • the regulation of the constant target strip tension can be realized, for example, by changing the target torque of the winding reel in a time-dependent manner in accordance with the radius of the coil, which continuously increases when the coil is wound.
  • the claimed control for a constant target-side strip tension on the outlet side can be realized by a suitable regulation of the torque of the outlet reel, the target torque to be provided then having to be changed as a function of the coil radius changing over time.
  • the said regulation of the constant strip tension corresponds to a regulation of an average value of the speed of the metal strip at the exit of the roll stand.
  • the said regulation of the strip tension with the aid of the winding reel enables rapid position control for the roller unit 114 of the outlet-side tape storage 110 superimposed.
  • This position control provides that for each section i of the metal strip with a different or individual thickness, the roller unit in the strip storage on the outlet side is regulated to an individually predetermined target position. The need for setting these individual target positions for the sections of the metal strip of different thicknesses is explained in more detail below, in particular with reference to FIG. 2.
  • the metal strip 200 runs into the roll gap between the work rolls 105 of the roll stand 100 with an initial thickness ho.
  • the metal strip 200 first experiences a reduction in thickness by a difference in thickness Ah, as shown in FIG.
  • This reduction in thickness Ahi of the metal strip on the outlet side of the roll stand 100 leads to a change in the outlet speed Vex i of the metal strip from the roll stand by an amount AVex i in the leading section 220 of the metal strip, in particular compared to the circumferential speed VU of the work rolls 105 des assumed to be a constant Roll stand 100.
  • the change in the output speed AVex i depends on a large number of parameters which are not finally listed in the following physical function.
  • AVi f (ho, Ahi, h: coefficient of friction in the roll gap, kf: flow curve of the material to be rolled, roughness, diameter and circumferential speed VU of the work rolls, degree of lubrication in the roll gap, temperature, roughness of the Metal belt, tensile force FZug i on a metal belt at the exit of the roll stand in front of the strip storage on the outlet side, tensile force Fzug Hi on the metal belt at the outlet of the strip storage on the outlet side, etc.).
  • the change in the output speed AVex i is typically calculated in advance by a process model based on initialized values for the individual parameters.
  • the initialized values are often only estimates or empirical values, because the values of many of the parameters are not exactly known or reproducible. During the execution of the rolling process, it is therefore advisable to observe the individual parameters with the aid of an observer, ie to record them using measurement technology, and to compare their observed or measured values with the values currently used in the process model. If a deviation of individual parameter values is detected, it is then advisable to adapt the process model in order to continuously improve it.
  • the total speed Vex i of the metal strip at the outlet of the roll stand in the transport direction of the metal strip in front of the strip storage 110 on the outlet side is calculated as follows:
  • Vex i VU + AVex i
  • This change in length AS i must be compensated in the strip storage 1 10 on the exit side, so that the object of the invention is achieved and the change in length has no negative influence on the constancy of the strip tension on the exit side of the roll stand.
  • the present invention provides to calculate from this calculated change in length Asi a required change in the desired position Api of the reel unit in the outfeed belt store 110 in such a way that said change in length As in the belt store is preferably completely compensated for.
  • the change in the target position Api of the roller unit is shown as an example.
  • the said change in the target position Api corresponds, for example, in rough approximation to half the change in length Asi of the metal strip, but in addition, angular relationships and the length sections of the metal strip guided in the outlet-side strip store must also be taken into account.
  • the change in the target position Ap i of the roller unit takes place in the context of a position control or position control which is superimposed on the traditional strip tension control of the metal strip on the outlet side of the roll stand.
  • the roller unit has only a significantly lower mass and inertia compared to the take-up reel, especially if it carries the metal strip wound into a coil. Therefore, the reel unit or the strip storage device can advantageously react much more quickly to rapid changes in length of the metal strip, such as occur in particular in step rolling, than the much slower winding reel.
  • the changes in length are proportional to changes in the strip tension according to the following proportionality relationship:
  • the position-controlled strip store according to the invention compensates for the fluctuations in the discharge side shown in FIG Belt speed Vex i around said mean value VHi. In this way, the object according to the invention, namely to keep the exit-side strip tension constant even with highly dynamic changes in the roll gap and thus the thickness of the exit-side strip, is ensured.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)
  • Winding, Rewinding, Material Storage Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Walzgerüstes zum Stufenwalzen von Metallband (200). Gemäß dem Verfahren wird das Metallband (200) zunächst einlaufseitig in ein Walzgerüst (100) eingebracht und dort stufengewalzt. So entsteht ein vorlaufender und ein nachfolgender Abschnitt (220, 210) des Metallbandes mit jeweils unterschiedlichen Dicken. Der Dickenunterschied beträgt Δhi. Nach dem Walzgerüst durchläuft das stufengewalzte Metallband zunächst einen auslaufseitigen Bandspeicher bevor es mit Hilfe eines Aufwickelhaspels zu einem Coil aufgewickelt wird. Der auslaufseitige Haspel wird auf einen konstanten Bandzug geregelt. Um den auslaufseitigen Bandzug auch bei schnellen Änderungen der Größe des Walzspaltes und daraus resultierenden schnellen Dickenänderungen in dem gewalzten Metallband hinreichend konstant halten zu können, sieht die Erfindung vor, die Regelung des Bandzugs mit Hilfe des Aufwickelhaspels zu ergänzen durch eine Positionsregelung für eine Rolleneinheit in dem auslaufseitigen Bandspeicher.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Walzgerüstes zum Stufenwalzen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Walzgerüstes zum Stufenwalzen von Metallband. Der Begriff „Stufenwalzen“ meint ein Walzen des Metallbandes mit unterschiedlichen Dicken in einzelnen Abschnitten des Metallbandes.
Derartige Verfahren zum Stufenwalzen von Metallband sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt, so z. B. aus der europäischen Patentanmeldung EP 1 121 990 A2. Diese Patentanmeldung offenbart ein Walzgerüst mit Arbeitswalzen, welche einen Walzspalt aufspannen. Dem Walzgerüst sind einlaufseitig ein Abwickelhaspel und ein Bandspeicher vorgeschaltet zum Zuführen von Metallband mit einer konstanten Ausgangsdicke in das Walzgerüst. Auslaufseitig sind dem Walzgerüst - in Materialflussrichtung gesehen - ein Bandspeicher und ein Aufwickelhaspel nachgeschaltet. Insbesondere der Aufwickelhaspel wird unter Berücksichtigung des jeweils geänderten Coil-Durchmessers auf den Mittelwert der Auslaufgeschwindigkeit des Metallbandes aus dem Walzgerüst geregelt. Auf diese Weise wird im Mittel so viel Band auf den Aufhaspel aufgewickelt, wie Band den Walzspalt verlässt. Die mindestens eine Rolleneinheit in dem auslaufseitigen Bandspeicher, bei der es sich beispielsweise um eine Tänzerrolle handelt, wird kraftgeregelt, so dass ein gewollter Bandzug vorliegt.
Diese Funktion des auslaufseitigen Bandspeichers als Stellglied zur Regelung des auslaufseitigen Bandzugs hat den Nachteil, dass die Position der Rolleneinheit bzw. der Tänzerrolle aufgrund der besagten Kraftregelung grundsätzlich unbestimmt ist. Diese Unbestimmtheit der Position der Rolleneinheit führt in Verbindung mit dem schnell durchlaufenden Metallband zu Instabilitäten. Dies gilt deshalb, weil insbesondere der Bandspeicher während seines Betriebes, gegebenenfalls auch in Verbindung mit dem Aufwickelhaspel als ein Feder- Masse-System betrachtet werden kann, welches bei Betrieb im Bereich seiner Resonanzfrequenz zu einem unkontrollierten Aufschaukeln neigt. Im Ergebnis ist festzustellen, dass die gewünschte Regelung des Bandzugs auf der Auslaufseite mit Hilfe des auslaufseitigen Bandspeichers als kraftgeregeltem Stellglied lediglich suboptimal funktioniert.
Weiterhin ist es im Stand der Technik bekannt, den auslaufseitigen Bandzug des Metallbandes mit Hilfe des Aufwickelhaspels als Stellglied auf einen vorgegebenen auslaufseitigen Soll-Bandzug zu regeln. Letztere Regelung funktioniert hinreichend gut, solange mit niedriger Walzgeschwindigkeit gewalzt wird und insbesondere Dickenunterschiede zwischen einzelnen Abschnitten des Metallbandes lediglich durch langsame Änderungen des Walzspaltes in das Metallband eingebracht werden. Erfolgen diese Änderungen des Walzspaltes und die damit einhergehenden Dickenunterschiede in dem Metallband jedoch relativ schnell, ist diese Regelung nicht geeignet. Das von dem Aufwickelhaspel zu einem Coil aufgewickelte Metallband wiegt typischerweise mehrere Tonnen, beispielsweise 25 t. Deshalb ist die Massenträgheit des auslaufseitigen Aufwickelhaspels, insbesondere wenn er mit dem besagten Coil beladen ist, zu groß, um schnelle Änderungen in der Dicke des Metallbandes im Hinblick auf einen konstanten Bandzug auszuregeln.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Verfahren zum Betreiben eines Walzgerüstes zum Stufenwalzen von Metallband dahingehend weiterzubilden, dass der auslaufseitige Bandzug auch bei schnellen Änderungen der Größe des Walzspaltes und daraus resultierenden schnellen Dickenänderungen in dem gewalzten Metallband, hinreichend konstant gehalten werden kann. Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 beanspruchte Verfahren gelöst. Demnach wird der auslaufseitige Bandzug des Metallbandes mit Hilfe des Aufwickelhaspels als Stellglied auf einen vorgegebenen auslaufseitigen Soll- Bandzug geregelt und zusätzlich wird - überlagernd - die Position der mindestens einen Rolleneinheit des auslaufseitigen Bandspeichers auf jeweils für den vorlaufenden und den nachfolgenden Abschnitt des Metallbandes individuell vorgegebene Soll-Positionen Psoii v, Psoii n geregelt.
Der Begriff „Stufenwalzen“ meint das Walzen eines zusammenhängenden Metallbandes mit unterschiedlichen Dicken in einzelnen Abschnitten. Insbesondere in einem nachlaufenden Abschnitt des Metallbandes ist die Dicke anders als in einem dazu benachbarten vorlaufenden Abschnitt des Metallbandes. Der Unterschied zwischen den Dicken beträgt Ah. Anstelle des Begriffs „Stufenwalzen“ wird auch der Begriff„flexibles Walzen“ synonym verwendet.
Die beanspruchte Regelung des Bandzugs mit Hilfe des Aufwickelhaspels als Stellglied bildet die Grundlage für das erfindungsgemäße Konstanthalten des auslaufseitigen Bandzugs. Diese Regelung ist gut geeignet zum Konstanthalten des Bandzugs, wenn sich die Dicke des Metallbandes im Auslauf des Walzgerüstes nicht oder nur vergleichsweise langsam ändert. Vergleichsweise langsam bedeutet in diesem Zusammenhang so langsam, dass eine daraus resultierende Änderung des Bandzugs trotz der großen Massenträgheit des Aufwickelhaspels mit diesem ausgeregelt werden kann. Um jedoch darüber hinaus auch quasi überlagerte schnelle Änderungen des Bandzugs ausregeln bzw. kompensieren zu können, ist der besagten Regelung des Bandzugs mit Hilfe des Aufwickelhaspels eine Positionsregelung der Rolleneinheit in dem auslaufseitigen Bandspeicher überlagert. Die Rolleneinheit in dem auslaufseitigen Bandspeicher hat eine wesentlich geringere Massenträgheit als der Aufwickelhaspel und kann deshalb sehr flexibel, d. h. sehr schnell auf höher frequente Änderungen des Bandzugs reagieren, wie sie aus schnellen Änderungen der Dicke des Metallbandes resultieren. Die beanspruchte Positionsregelung der Rolleneinheit des auslaufseitigen Bandspeichers bietet im Unterschied zu der aus dem Stand der Technik bekannten Kraftregelung der Rolleneinheit den Vorteil, dass die Position der Rolleneinheit während der Regelung jeweils in Form von Soll- Positionen fest vorgegeben wird. Mit dieser festen Vorgabe der Soll-Positionen ist auch der jeweilige Bandzug fest eingestellt. Anders als bei einer Kraftregelung der Rolleneinheit bietet die beanspruchte Positionsregelung der Rolleneinheit den Vorteil einer größeren Stabilität des auslaufseitigen Bandzugs auch bei dynamischer Änderung des Walzspaltes bzw. der Dicke des Metallbandes.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die aus dem vorgegebenen Dickenunterschied resultierende notwendige Änderung der Soll-Position der Rolleneinheit in einem Prozessmodell für das Stufenwalzen zeitlich vorausberechnet, vorzugsweise bevor oder während der Dickenunterschied durch eine Änderung des Walzspaltes zwischen den Arbeitswalzen des Walzgerüstes realisiert wird. Im Falle dieser Vorausberechnung kann die Rolleneinheit bereits sehr frühzeitig auf ihre neue geänderte Sollposition eingestellt bzw. vorgesteuert werden. Dies erfolgt vorzugsweise spätestens sobald die Größe des Walzspaltes um den Dickenunterschied Ah geändert wird. Diese erfindungsgemäße Vorsteuerung bietet den Vorteil, dass die erforderliche Änderung der Position der Rolleneinheit zeitlich nicht später als die Dickenänderung erfolgt, wodurch eine ansonsten zwischenzeitlich temporär entstehende Instabilität des Bandzugs wirkungsvoll verhindert werden kann.
Das dem Walzgerüst einlaufseitig zugeführte Metallband weist vorzugsweise eine konstante Ausgangsdicke auf.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens betreffend sowohl die Einlaufseite wie auch die Auslaufseite des Walzgerüstes sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Erfindung sind drei Figuren beigefügt, wobei Figur 1 eine Walzanlage mit einem Walzgerüst zum Stufenwalzen von Metallband;
Figur 2 eine Detailansicht von Figur 1 zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Figur 3 eine Veranschaulichung der veränderten Soll-Position der
Rolleneinheit in dem auslaufseitigen Bandspeicher zeigt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Figur 1 zeigt eine Walzanlage zum Stufenwalzen von Metallband 200. Diese Anlage umfasst ein Walzgerüst 100 mit Arbeitswalzen 105, welche einen Walzspalt aufspannen. Die Größe des Walzspaltes ist beim Stufenwalzen veränderlich zum Einbringen von Dickenunterschieden Ah in das Metallband. In der Konsequenz hat dann ein vorlaufender Abschnitt 220 des Metallbandes eine andere Dicke als ein nachfolgender Abschnitt 210 des Metallbandes 200. Der Dickenunterschied beträgt Ahi; siehe Figur 2. Dabei bezeichnet der Laufparameter i mit i=1 ...I einen jeweiligen Abschnitt des Metallbandes. Gemäß Figur 1 wird das Metallband mit vorzugsweise konstanter Ausgangsdicke ho einlaufseitig des Walzgerüstes 100 von einem Abwickelhaspel 80 bereitgestellt. Es durchläuft sodann optional einen einlaufseitigen Bandspeicher 90 bevor es in den Walzspalt zwischen den Arbeitswalzen 105 des Walzgerüstes einläuft und dort gewalzt wird. Auslaufseitig durchläuft das dann gewalzte Metallband 200 zunächst einen auslaufseitigen Bandspeicher 110, bevor es mit Hilfe eines auslaufseitigen Aufwickelhaspels zu einem Coil aufgewickelt wird. Aufgrund von erfolgten Änderungen der Größe des Walzspaltes während des Walzens weist das zu dem Coil aufgewickelte Metallband in unterschiedlichen Abschnitten unterschiedliche Dicken auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des Walzgerüstes 100 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren detailliert beschrieben. Das Verfahren gilt insbesondere für das Kaltwalzen von Metallbändern; eine Anwendung des Verfahrens bei Warmband ist jedoch nicht ausgeschlossen
Das erfindungsgemäße Verfahren zielt insbesondere darauf ab, den Bandzug auf der Auslaufseite des Walzgerüstes 100 auch bei schnellen Änderungen in der Dicke des Metallbandes, wie sie beim Stufenwalzen Vorkommen, konstant zu halten. Zu diesem Zweck wird der Aufwickelhaspel 120 als Stellglied für eine Bandzugregelung verwendet, bei welcher der auslaufseitige Bandzug auf einen vorgegebenen auslaufseitigen Soll-Bandzug geregelt wird.
Der Bandzug ist bei konstantem Querschnitt des Metallbandes proportional zu einer auf das Metallband wirkenden Zugkraft in Längsrichtung des Metallbandes. Die Regelung auf den konstanten Soll-Bandzug kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das Soll-Drehmoment des Aufwickelhaspels nach Maßgabe des sich beim Aufwickeln des Coils kontinuierlich vergrößernden Radiusses des Coils zeitabhängig verändert wird. Insofern kann die beanspruchte Regelung auf einen konstanten auslaufseitigen Soll-Bandzug durch eine geeignete Regelung des Drehmomentes des Auslaufhaspels realisiert sein, wobei dann das vorzusehende Soll-Drehmoment in Abhängigkeit des sich zeitlich verändernden Coilradiusses verändert werden muss. Die besagte Regelung auf den konstanten Bandzug entspricht einer Regelung auf einen Mittelwert der Geschwindigkeit des Metallbandes am Ausgang des Walzgerüstes. Um auch schnelle Änderungen des Walzspaltes und daraus resultierende schnelle Änderungen der Dicke des Metallbandes im Hinblick auf einen angestrebten konstanten Bandzug ausregeln zu können, ist erfindungsgemäß, wie oben beschrieben, der besagten Regelung des Bandzugs mit Hilfe des Aufwickelhaspels eine schnelle Positionsregelung für die Rolleneinheit 114 des auslaufseitigen Bandspeichers 110 überlagert. Diese Positionsregelung sieht vor, dass für jeden Abschnitt i des Metallbandes mit einer unterschiedlichen bzw. individuellen Dicke die Rolleneinheit in dem auslaufseitigen Bandspeicher auf eine individuell vorgegebene Soll-Position geregelt wird. Die Notwendigkeit für das Einstellen dieser individuellen Soll-Positionen für die unterschiedlich dicken Abschnitte des Metallbandes wird nachfolgend insbesondere unter Bezugnahme auf Figur 2 näher erläutert.
Es wird davon ausgegangen, dass das Metallband 200 mit einer Ausgangsdicke ho in den Walzspalt zwischen den Arbeitswalzen 105 des Walzgerüstes 100 einläuft. In dem Walzspalt erfährt das Metallband 200 zunächst eine Dickenreduzierung um einen Dickenunterschied Ah,, wie in Figur 2 gezeigt. Diese Dickenreduktion Ahi des Metallbandes auf der Auslaufseite des Walzgerüstes 100 führt zu einer Änderung der Auslaufgeschwindigkeit Vex i des Metallbandes aus dem Walzgerüst um einen Betrag AVex i in dem vorlaufenden Abschnitt 220 des Metallbandes, insbesondere gegenüber der vereinfachend als konstant angenommenen Umfangsgeschwindigkeit VU der Arbeitswalzen 105 des Walzgerüstes 100. Die Änderung der Ausgangsgeschwindigkeit AVex i ist abhängig von einer Vielzahl von Parametern, wie sie in der nachfolgenden physikalischen Funktion nicht abschließend aufgelistet sind.
AVi = f (ho, Ahi, h: Reibwert im Walzspalt, kf: Fließkurve des zu walzenden Materials, Rauheit -, Durchmesser- und Umfangsgeschwindigkeit VU der Arbeitswalzen, Grad der Schmierung im Walzspalt, Temperatur, Rauheit des Metallbandes, Zugkraft FZug i auf Metallband am Ausgang des Walzgerüstes vor dem auslaufseitigen Bandspeicher, Zugkraft Fzug Hi auf das Metallband am Auslauf des auslaufseitigen Bandspeichers, etc). Die Änderung der Ausgangsgeschwindigkeit AVex i wird typischerweise von einem Prozessmodell auf Basis von initialisierten Werten für die einzelnen Parameter vorausberechnet. Bei den initialisierten Werten handelt es sich vielfach nur um Schätz- bzw. Erfahrungswerte, weil die Werte von vielen der Parameter nicht genau bekannt bzw. reproduzierbar sind. Während der Durchführung des Walzprozesses ist es deshalb empfehlenswert, die einzelnen Parameter mit Hilfe eines Beobachters zu beobachten, d.h. messtechnisch zu erfassen und ihre beobachteten bzw. gemessenen Werte mit den aktuell im Prozessmodell verwendeten Werten zu vergleichen. Im Falle einer erkannten Abweichung einzelner Parameterwerte empfiehlt sich dann eine Anpassung des Prozessmodells, um dieses ständig weiter zu verbessern.
Die Gesamtgeschwindigkeit Vex i des Metallbandes am Auslauf des Walzgerüstes in Transportrichtung des Metallbandes vor dem auslaufseitigen Bandspeicher 110 berechnet sich zu:
Vex i = VU + AVex i
Davon zu unterscheiden ist die Geschwindigkeit des Metallbandes VHi am Auslauf des auslaufseitigen Bandspeichers 110 bzw. Einlauf des Aufwickelhaspels 120.
Durch Aufintegrieren der Geschwindigkeitsdifferenz Vex i-VHi über der Zeit lässt sich die aus der ursprünglichen Dickenänderung Ahi resultierende
Längenänderung ÄS i des Metallbandes auf der Auslaufseite des Walzgerüstes berechnen gemäß folgender Formel: As i = J ( Vex i - VHi) dt
Diese Längenänderung ÄS i muss in dem auslaufseitigen Bandspeicher 1 10 kompensiert werden, damit die Aufgabe der Erfindung gelöst und die Längenänderung keinen negativen Einfluss auf die Konstanz des Bandzugs auf der Auslaufseite des Walzgerüstes hat. Zu diesem Zweck sieht die vorliegende Erfindung vor, aus dieser berechneten Längenänderung Asi eine erforderliche Änderung der Soll-Position Api der Rolleneinheit in dem auslaufseitigen Bandspeicher 1 10 derart zu berechnen, dass die besagte Längenänderung As in dem Bandspeicher vorzugsweise vollständig kompensiert wird. In Fig. 3 ist die Änderung der Soll-Position Api der Rolleneinheit beispielhaft dargestellt. Die besagte Änderung der Soll-Position Api entspricht beispielhaft in grober Näherung der Hälfte der Längenänderung Asi des Metallbandes, wobei jedoch zusätzlich noch Winkelbeziehungen und die Längenabschnitte des in dem auslaufseitigen Bandspeicher geführten Metallbandes zu berücksichtigen sind. Die Änderung der Soll-Position Ap i der Rolleneinheit erfolgt erfindungsgemäß im Rahmen einer Positions-Steuerung oder Positions-Regelung, welche der traditionellen Bandzugregelung des Metallbandes auf der Auslaufseite des Walzgerüstes überlagert ist.
Die Rolleneinheit hat Vergleich zu dem Aufwickelhaspel, insbesondere wenn dieser das zu einem Coil aufgewickelte Metallband trägt, nur eine wesentlich geringere Masse und Massenträgheit. Deshalb kann die Rolleneinheit bzw. der Bandspeicher vorteilhafterweise viel schneller auf schnelle Längenänderungen des Metallbandes, wie sie insbesondere beim Stufenwalzen auftreten, reagieren als der wesentlich trägere Aufwickelhaspel. Die Längenänderungen sind proportional zu Änderungen im Bandzug gemäß der folgenden Proportionalitätsbeziehung: mit
AFzug Änderung des Bandzugs
ÄS Längenänderung des Metallbandes aufgrund einer Dickenänderung des Metallbandes
E E-Modul des Metallbandes
A Querschnittsfläche des Metallbandes
L gespannte Länge des Metallbandes.
Während der auslaufseitige Aufwickelhaspel 120 aufgrund seiner Massenträgheit das Metallband 200 im Wesentlichen mit einer konstanten Umfangsgeschwindigkeit VHi, welche einer mittleren Auslaufgeschwindigkeit des Metallbandes aus dem Walzgerüst 100 auch bei geänderten Dicken entspricht, aufwickelt, kompensiert der erfindungsgemäße positionsgeregelte Bandspeicher die in Figur 2 dargestellten Schwankungen der auslaufseitigen Bandgeschwindigkeit Vex i um den besagten Mittelwert VHi. Auf diese Weise wird die erfindungsgemäße Aufgabe, nämlich den auslaufseitigen Bandzug auch bei hochdynamischen Änderungen des Walzspaltes und damit der Dicke des auslaufseitigen Bandes konstant zu halten, gewährleistet.
Bezugszeichenliste
80 Abwickelhaspel auf der Einlaufseite
90 einlaufseitiger Bandspeicher
100 Walzgerüst
105 Arbeitswalzen des Walzgerüstes
110 auslaufseitiger Bandspeicher
1 14 Rolleneinheit
120 Aufwickelhaspel
200 Metallband
210 nachlaufender Metallbandabschnitt
220 vorlaufender Metallbandabschnitt
Ahi Dickenunterschied zwischen dem vorlaufenden und dem
nachfolgenden Abschnitt des Metallbandes
Asi Änderung der Sollposition der Rolleneinheit des Bandspeichers
Avi Änderung der Auslaufgeschwindigkeit des Metallbandes aus dem
Walzgerüst aufgrund des Dickenunterschiedes Ah
Psoii v Sollposition des vorlaufenden Abschnitts des Metallbandes
Psoii n Sollposition des nachlaufenden Abschnitts des Metallbandes
I bzw. v (voreilender ) Abschnitt des Metallbandes
i+1 bzw. n (nacheilender) Abschnitt des Metallbandes
Vo Geschwindigkeit des Metallbandes am Eingang des Walzgerüstes
Vex i Geschwindigkeit des Metallbandes am Auslauf des Walzgerüstes vor dem auslaufseitigen Bandspeicher
VHi Geschwindigkeit des Metallbandes hinter dem auslaufseitigen
Bandspeichers am Einlauf des Aufwickelhaspels.
VU Umfangsgeschwindigkeit der Arbeitswalzen

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zum Betreiben eines Walzgerüstes (100) zum Stufenwalzen von Metallband (200), wobei dem Walzgerüst auf der Auslaufseite - in
Materialflussrichtung gesehen - ein auslaufseitiger Bandspeicher (1 10) mit mindestens einer Rolleneinheit (1 14) und ein Aufwickelhaspel (120) nachgeschaltet sind; und
wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- Zuführen des Metallbandes (200) einlaufseitig in das Walzgerüst (100);
- Stufenwalzen des Metallbandes in dem Walzgerüst (100) so, dass ein vorlaufender und ein nachfolgender Abschnitt (220, 210) des Metallbandes unterschiedliche Dicken mit einem Dickenunterschied Ahi aufweisen;
- Durchlaufen des Metallbandes (200) durch den auslaufseitigen
Bandspeicher (1 10); und
- Aufhaspeln des Metallbandes mit den unterschiedlichen Dicken hinter dem Bandspeicher (1 10) zu einem Coil mit Hilfe des Aufwickelhaspels (120);
gekennzeichnet durch
- Regeln der Position der Rolleneinheit (1 14) des auslaufseitigen
Bandspeichers (1 10) auf jeweils für den vorlaufenden und den
nachfolgenden Abschnitt des Metallbandes (200) individuell vorgegebene Soll-Positionen Psoll v, Psoll n, und
- Regeln des auslaufseitigen Bandzugs des Metallbandes (200) mit Hilfe des Aufwickelhaspels (120) als Stellglied auf einen vorgegebenen auslaufseitigen Soll-Bandzug.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die für den nachlaufenden Abschnitt (210) des Metallbandes (200) vorgegebene Soll-Position Psoll n mit n=i+1 aus einer für den vorlaufenden Abschnitt (220) des Metallbandes vorgegebenen Soll-Position Psoll v mit v=i wie folgt berechnet:
Psoll n = Psoll v + Dr wobei die Änderung der Soll-Position Dr wie folgt berechnet wird:
- Berechnen einer Änderung der Auslaufgeschwindigkeit ÄVexi des
Metallbandes aus dem Walzgerüst insbesondere nach Maßgabe des Dickenunterschieds Ähi; und
- Aufintegrieren der Geschwindigkeitsdifferenz Vex i - Vhi Metallbandes über der Zeit zu einer daraus resultierenden Längenänderung Asi des Metallbandes (200) auf der Auslaufseite des Walzgerüstes (100); und
- Berechnen der erforderlichen Änderung der Soll-Position Drί der
Rolleneinheit (114) in dem Bandspeicher zur Kompensation der
Längenänderung Asi des Metallbandes beim Übergang von dem
vorlaufenden auf den nachfolgenden Abschnitt (220, 210).
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die aus dem vorgegebenen Dickenunterschied Ahi resultierende notwendige Änderung der Soll-Position Dr der Rolleneinheit (114) in einem Prozessmodell für das Stufenwalzen zeitlich vorausberechnet wird, bevor oder während der Dickenunterschied Ahi durch eine Änderung des
Walzspaltes zwischen den Arbeitswalzen (105) des Walzgerüstes realisiert wird, und
dass die Rolleneinheit (114) auf ihre neue geänderte Soll-Position Psoll n mit n=i+1 eingestellt und insofern vorgesteuert wird, spätestens sobald die Größe des Walzspaltes um den Dickenunterschied Ahi geändert wird.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass dem Walzgerüst (100) auf seiner Einlaufseite ein Abwickelhaspel (80) zum Bereitstellen des Metallbandes sowie zwischen dem Abwickelhaspel und vorzugsweise dem Walzgerüst mindestens ein einlaufseitiger
Bandspeicher (90) für das Metallband angeordnet sind, wobei das
Verfahren weiterhin folgende Schritte aufweist:
- Regeln der Drehzahl des Abwickelhaspels (80) auf eine vorgegebene Abwickel-Soll-Drehzahl; und
- vorzugsweise Regeln des einlaufseitigen Bandzugs des Metallbandes
(200) mit Hilfe des einlaufseitigen Bandspeichers (90) als Stellglied auf einen vorgegebenen einlaufseitigen Soll-Bandzug;
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das einlaufseitig in das Walzgerüst (100) zugeführte Metallband (200) eine konstante Ausgangsdicke (ho) aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Metallband beim Stufenwalzen kaltgewalzt wird.
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