EP3890900B1 - Verfahren zum betreiben eines walzgerüstes zum stufenwalzen - Google Patents

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EP3890900B1
EP3890900B1 EP19816591.2A EP19816591A EP3890900B1 EP 3890900 B1 EP3890900 B1 EP 3890900B1 EP 19816591 A EP19816591 A EP 19816591A EP 3890900 B1 EP3890900 B1 EP 3890900B1
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EP
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metal strip
strip
roll stand
outlet
change
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EP19816591.2A
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EP3890900A1 (de
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Jürgen Klöckner
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SMS Group GmbH
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SMS Group GmbH
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Publication date
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Publication of EP3890900A1 publication Critical patent/EP3890900A1/de
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B37/00Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/16Control of thickness, width, diameter or other transverse dimensions
    • B21B37/24Automatic variation of thickness according to a predetermined programme
    • B21B37/26Automatic variation of thickness according to a predetermined programme for obtaining one strip having successive lengths of different constant thickness
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B37/00Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/48Tension control; Compression control
    • B21B37/52Tension control; Compression control by drive motor control
    • B21B37/54Tension control; Compression control by drive motor control including coiler drive control, e.g. reversing mills
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B39/00Arrangements 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
    • B21B39/02Feeding or supporting work; Braking or tensioning arrangements, e.g. threading arrangements
    • B21B39/08Braking or tensioning arrangements
    • B21B39/084Looper devices

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a roll stand for step-rolling 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 known in principle in the prior art, such. B. from the European patent application EP 1 121 990 A2 .
  • This patent application discloses a roll stand with work rolls which span a roll gap.
  • the roll stand is preceded by a decoiler and a strip store on the inlet side for feeding metal strip with a constant initial thickness into the roll stand.
  • On the exit side of the roll stand - viewed in the direction of material flow - a strip accumulator and a coiler are installed.
  • the take-up reel is regulated to the mean value of the discharge speed of the metal strip from the roll stand, taking into account the changed coil diameter. In this way, on average as much strip is wound onto the coiler as strip leaves the roll gap.
  • the force of the at least one roller unit in the outlet-side sliver store which is, for example, a dancer roller, is controlled so that the sliver tension is desired.
  • European patent application EP 3 210 681 A1 discloses all features of the preamble of method claim 1.
  • the invention is based on the object of developing a known method for operating a roll stand for step-rolling metal strip in an alternative manner such that the strip tension on the outlet side is kept sufficiently constant even with rapid changes in the size of the roll gap and the resulting rapid changes in thickness in the rolled metal strip can.
  • This object is achieved by the method claimed in patent claim 1.
  • This method is characterized in that the speed of the decoiler is regulated to a constant desired speed of decoiling.
  • step rolling means the rolling of a continuous metal strip with different thicknesses in individual sections.
  • the thickness in a trailing section of the metal strip differs from that in a leading section of the metal strip that is adjacent thereto.
  • the difference between the thicknesses is ⁇ h.
  • step rolling the term “flexible rolling” is also used synonymously.
  • the claimed control of the strip tension with the aid of the take-up reel as an actuator forms the basis for keeping the strip tension on the outlet side constant according to the invention.
  • This regulation is well suited for keeping the strip tension constant when the thickness of the metal strip does not change or changes only comparatively slowly in the outlet of the roll stand.
  • comparatively slow means so slowly that a resulting change in the strip tension can be corrected with the take-up reel despite the large mass inertia of the take-up reel.
  • said regulation of the strip tension with the aid of the take-up reel is superimposed on a position regulation of the roller unit in the strip store on the outlet side.
  • the roller unit in the outlet-side strip store has a much lower mass inertia than the take-up reel and can therefore react very flexibly, ie very quickly, to higher-frequency changes in strip tension, such as those resulting from rapid changes in the thickness of the metal strip.
  • the claimed position control of the roller unit of the outlet-side strip accumulator offers the advantage, in contrast to the force control of the roller unit known from the prior art, that the
  • Position of the roller unit is specified during the control each in the form of target positions. With this fixed specification of the target positions, the respective strip tension is also fixed. In contrast to a force control of the roller unit, the claimed position control of the roller unit offers the advantage of greater stability of the strip tension on the outlet side, even with dynamic changes in the roll gap or the thickness of the metal strip.
  • the necessary change in the target position of the roller unit resulting from the predetermined difference in thickness is calculated in advance in a process model for step rolling, preferably before or during the difference in thickness is realized by changing the roll gap between the work rolls of the roll stand.
  • the roller unit can be set or pre-controlled to its new, changed setpoint position very early on. This preferably takes place at the latest as soon as the size of the roll gap is changed by the difference in thickness ⁇ h.
  • This pilot control according to the invention offers the advantage that the required change in the position of the roller unit takes place no later than the change in thickness, as a result of which an otherwise temporary instability of the strip tension 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 plant for step-rolling metal strip 200.
  • This plant comprises a roll stand 100 with work rolls 105, which span a roll gap.
  • the size of the roll gap is variable in step rolling to introduce thickness differences ⁇ h into the metal strip.
  • a preceding section 220 of the metal strip then has a different thickness than a following section 210 of the metal strip 200.
  • the difference in thickness is ⁇ hi; please refer figure 2 .
  • the metal strip is provided with a preferably constant initial thickness ho on the inlet side of the roll stand 100 from a decoiler 80 . It then optionally runs through an entry-side strip store 90 before it enters the roll gap between the work rolls 105 of the roll stand and is rolled there. On the outlet side, the metal strip 200 which has then been rolled first runs through a strip storage device 110 on the outlet side before it is wound up into a coil with the aid of a coiler on the outlet side.
  • the metal strip wound into the coil has different thicknesses in different sections.
  • the method according to the invention for operating the roll stand 100 is described in detail below with reference to the figures.
  • the method applies in particular to the cold rolling of metal strips; However, an application of the process for hot strip is not ruled out.
  • the method according to the invention aims in particular to keep the strip tension constant on the outlet side of the roll stand 100 even with rapid changes in the thickness of the metal strip, as occur in step rolling.
  • the take-up reel 120 is used as an actuator for a strip tension control, in which the strip tension on the outlet side is regulated to a predetermined nominal strip tension on the outlet side.
  • the strip tension is proportional to a tensile force acting on the metal strip in the longitudinal direction of the metal strip.
  • the control to the constant target strip tension can be implemented, for example, by changing the target torque of the take-up reel as a function of time in accordance with the continuously increasing radius of the coil as the coil is being wound up.
  • the claimed control can be implemented to a constant target strip tension on the outlet side by suitable control of the torque of the discharge coiler, in which case the target torque to be provided must then be changed as a function of the coil radius that changes over time.
  • Said control to the constant strip tension corresponds to a control to a mean 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 take-up reel includes rapid position regulation for the roller unit 114 of the outlet-side band accumulator 110 superimposed.
  • This position control provides that for each section i of the metal strip with a different or individual thickness, the roll unit in the strip storage device on the outlet side is controlled to an individually specified target position. The need for setting these individual target positions for the sections of the metal strip of different thicknesses is explained below, in particular with reference to FIG figure 2 explained in more detail.
  • the metal strip 200 enters 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 thickness difference ⁇ h i , as in FIG figure 2 shown.
  • This reduction in thickness ⁇ hi of the metal strip on the exit side of roll stand 100 leads to a change in the exit speed Vex i of the metal strip from the roll stand by an amount ⁇ Vex i in the leading section 220 of the metal strip, in particular compared to the peripheral speed VU of work rolls 105 of the work rolls 105, which is assumed to be constant for the sake of simplicity rolling stand 100.
  • ⁇ Vi f (ho, ⁇ hi, ⁇ : coefficient of friction in the roll gap, kf: flow curve of the material to be rolled, roughness, diameter and peripheral speed VU of the work rolls, degree of lubrication in the roll gap, temperature, roughness of the metal strip, tensile force FZug i on the metal strip at the exit of the rolling stand in front of the outlet-side strip accumulator, tensile force Fzug Hi on the metal strip at the outlet of the outlet-side strip accumulator, etc.).
  • the change in output velocity ⁇ Vex i is typically precalculated by a process model based on initialized values for the individual parameters.
  • the initialized values are often only estimated or empirical values, because the values of many of the parameters are not exactly known or reproducible. It is therefore advisable to observe the individual parameters with the help of an observer during the rolling process, i.e. to record them metrologically and to compare their observed or measured values with the values currently used in the process model. In the case of a detected deviation of individual parameter values, an adjustment of the process model is recommended in order to continuously improve it.
  • Vex i VU + ⁇ Vex i
  • the speed of the metal strip VHi at the outlet of the outlet-side strip accumulator 110 or the inlet of the take-up reel 120 must be distinguished from this.
  • This change in length ⁇ S i must be compensated for in the outlet-side strip store 110 so that the object of the invention is achieved and the change in length does not have a negative impact on the constancy of the strip tension on the outlet side of the roll stand.
  • the present invention uses this calculated change in length ⁇ si to calculate a required change in the target position ⁇ pi of the roller unit in the outlet-side sliver storage 110 in such a way that said change in length ⁇ s in the sliver storage is preferably completely compensated.
  • the change in the target position ⁇ pi of the roller unit is shown as an example.
  • Said change in the target position ⁇ pi corresponds, for example, roughly to half the change in length ⁇ si of the metal strip, although angle relationships and the length sections of the metal strip guided in the strip storage device on the outlet side also have to be taken into account.
  • the desired position ⁇ p i of the roll unit is changed as part of a position control or position regulation, which is superimposed on the traditional strip tension regulation of the metal strip on the outlet side of the roll stand.
  • the position-controlled strip accumulator according to the invention compensates for the in figure 2 illustrated fluctuations in the outlet-side belt speed Vex i around the said mean value VHi. In this way, the object according to the invention, namely to keep the strip tension on the exit side constant even in the case of highly dynamic changes in the roll gap and thus in the thickness of the strip on the exit side, is ensured.

Landscapes

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

Description

  • 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 FederMasse-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.
  • Die europäische Patentanmeldung EP 3 210 681 A1 offenbart alle Merkmale des Oberbegriffs des Verfahrensanspruchs 1.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Verfahren zum Betreiben eines Walzgerüstes zum Stufenwalzen von Metallband in alternativer Weise 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. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Abwickelhaspels auf eine konstante Abwickel-Soll-Drehzahl geregelt wird.
  • 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 Δh. 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 Δh 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 Δh 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 Δhi; 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 Δhi, wie in Figur 2 gezeigt. Diese Dickenreduktion Δhi des Metallbandes auf der Auslaufseite des Walzgerüstes 100 führt zu einer Änderung der Auslaufgeschwindigkeit Vex i des Metallbandes aus dem Walzgerüst um einen Betrag ΔVex 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 ΔVex i ist abhängig von einer Vielzahl von Parametern, wie sie in der nachfolgenden physikalischen Funktion nicht abschließend aufgelistet sind.
  • ΔVi = f (ho, Δhi, η: 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 ΔVex 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 + Δ Vex i
    Figure imgb0001
  • 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 Δhi resultierende Längenänderung ΔS i des Metallbandes auf der Auslaufseite des Walzgerüstes berechnen gemäß folgender Formel: Δ s i = Vex i VHi dt
    Figure imgb0002
  • Diese Längenänderung ΔS i muss in dem auslaufseitigen Bandspeicher 110 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 Δsi eine erforderliche Änderung der Soll-Position Δpi der Rolleneinheit in dem auslaufseitigen Bandspeicher 110 derart zu berechnen, dass die besagte Längenänderung Δs in dem Bandspeicher vorzugsweise vollständig kompensiert wird. In Fig. 3 ist die Änderung der Soll-Position Δpi der Rolleneinheit beispielhaft dargestellt. Die besagte Änderung der Soll-Position Δpi entspricht beispielhaft in grober Näherung der Hälfte der Längenänderung Δsi 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 Δp 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: Δ F Zug i = Δ s i E A L
    Figure imgb0003
    mit
  • ΔFZug
    Änderung des Bandzugs
    Δs
    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
    114
    Rolleneinheit
    120
    Aufwickelhaspel
    200
    Metallband
    210
    nachlaufender Metallbandabschnitt
    220
    vorlaufender Metallbandabschnitt
    Δhi
    Dickenunterschied zwischen dem vorlaufenden und dem nachfolgenden Abschnitt des Metallbandes
    Δsi
    Änderung der Sollposition der Rolleneinheit des Bandspeichers
    Δvi
    Änderung der Auslaufgeschwindigkeit des Metallbandes aus dem Walzgerüst aufgrund des Dickenunterschiedes Δh
    PSoll v
    Sollposition des vorlaufenden Abschnitts des Metallbandes
    PSoll 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 (6)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Walzgerüstes (100) zum Stufenwalzen von Metallband (200), wobei dem Walzgerüst auf der Auslaufseite - in Materialflussrichtung gesehen - ein auslaufseitiger Bandspeicher (110) mit mindestens einer Rolleneinheit (114) 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 Δhi aufweisen;
    - Durchlaufen des Metallbandes (200) durch den auslaufseitigen Bandspeicher (110); und
    - Aufhaspeln des Metallbandes mit den unterschiedlichen Dicken hinter dem Bandspeicher (110) zu einem Coil mit Hilfe des Aufwickelhaspels (120);
    - Regeln der Position der Rolleneinheit (114) des auslaufseitigen Bandspeichers (110) 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
    wobei dem Walzgerüst (100) auf seiner Einlaufseite ein Abwickelhaspel (80) zum Bereitstellen des Metallbandes sowie zwischen dem Abwickelhaspel und dem Walzgerüst mindestens ein einlaufseitiger Bandspeicher (90) für das Metallband angeordnet sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verfahren weiterhin folgenden Schritt aufweist:
    - Regeln der Drehzahl des Abwickelhaspels (80) auf eine vorgegebene Abwickel-Soll-Drehzahl.
  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 + Δ p
    Figure imgb0004
    wobei die Änderung der Soll-Position Δp wie folgt berechnet wird:
    - Berechnen einer Änderung der Auslaufgeschwindigkeit ΔVexi des Metallbandes aus dem Walzgerüst insbesondere nach Maßgabe des Dickenunterschieds Δhi; und
    - Aufintegrieren der Geschwindigkeitsdifferenz Vex i - Vhi Metallbandes über der Zeit zu einer daraus resultierenden Längenänderung Δsi des Metallbandes (200) auf der Auslaufseite des Walzgerüstes (100); und
    - Berechnen der erforderlichen Änderung der Soll-Position Δpi der Rolleneinheit (114) in dem Bandspeicher zur Kompensation der Längenänderung Δsi 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 Δhi resultierende notwendige Änderung der Soll-Position Δp der Rolleneinheit (114) in einem Prozessmodell für das Stufenwalzen zeitlich vorausberechnet wird, bevor oder während der Dickenunterschied Δhi 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 Δhi geändert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin folgenden Schritt aufweist:
    - 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 (h0) aufweist.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Metallband beim Stufenwalzen kaltgewalzt wird.
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