SE517670C2 - Förfarande och anordning för en kontinuerlig styrning av mellansparsspänningen i ett valsverk - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 517 670 2 Materialet förs in i grovbearbetningssektionen som valsämnen, vilka har upphettats till en förbestämd temperatur på exempelvis ungefär 1000°C för ett vanligt stål. Ämnet förs in i det första valsparet i grovbearbetningssektionen med en hastighet av unge- fär 0,5 meter per sekund och exempelvis med dimensionerna 140 mm x 140 mm. Under det att materialet förs nedströms genom valsverket, reduceras dess tvärsnitt och dess rörelse accelere- ras. Materialet lämnar det sista valsparet i finbearbetningssektio- nen med en hastighet på ungefär 120 meter per sekund och en diameter på exempelvis 5,5 mm. inställningarna som krävs för att framställa en slutlig produkt med erforderliga dimensioner, avståndet mellan valsarna i varje valspar och de relativa hastigheterna i varje valspar specificeras i en tabell, innan valsningen börjar. Under tillverkningen kan emellertid materialets dimensioner variera beroende på faktorer, såsom slitage på valsarna i valsparen och på temperaturskillna- der både längs ett ämne av valsat material och mellan olika äm- nen.

Det valsade materialets dimensioner styrs vanligtvis med hjälp av ett av följande två förfaranden eller med hjälp av dem båda.

Först och främst sker detta genom ändring av avståndet mellan valsarna, eller valsgapet, vilket reducerar det valsade materialets tvärsnitt i större eller mindre utsträckning. Med hjälp av det andra förfarandet ändras reduktionsgraden med avseende på tvär- snittsarean genom ett valspar genom att man justerar spänning- en i det valsade materialet, då det matas in i valsparet.

Under det att det valsade materialet passerar mellan valsparen föreligger en drag- eller tryckpåkänning i det valsade materialets längdriktning mellan två valspar. Denna drag- eller tryckpåkän- ning påverkas först och främst av rotationshastigheten hos val- sarna i ett första valspar i förhållande till valsarna i ett andra valspar. En dragpåkänning i det valsade materialet mellan två valspar beskrivs härefter som en mellanparsspänning. De fysiska dimensionerna hos det valsade materialet kan ändras genom att n con nu 10 15 20 25 30 35 517 670 3 man ändrar mellanparsspänningen. Mellanparsspänningen änd- ras genom att hastigheten hos valsarna i ett första valspar regle- ras i förhållande till hastigheten hos valsarna i ett andra valspar.

Det är känt, exempelvis från US 4 141 071, att man kan använda automatisk valsseparering för att reglera för dimensionsavvikel- ser. Från US 4 141 071 är det även känt att använda en sling- höjdsavkännare och en slinghöjdsregulator för minimering av mellanparsspänningen och för sändande av signaler för ändring av valshastigheter så att spänningen mellan två valspar i en fin- bearbetningssektion är väsentligen noll.

Då det valsade materialet passerar mellan valsparen i finbear- betningssektionen, styr man ofta detta så att dess rörelsebana inte följer en rät linje utan bildar en båge av någon typ, vilken vanligtvis benämns en slinga. Styrningen av storleken och/eller höjden hos en slinga kan användas för att minimera mellanpars- spänningen. Det är känt från US 27 370 att använda en sling- storlekssensor och en slingstorleksregulator för kontroll och styr- ning av storleken på en slinga mellan två valspar för bibehållan- de av en konstant, väsentligen minimal spänning mellan vals- paren efter det att man utfört regleringar med avseende på valsga- pet. Detta angreppssätt fungerar emellertid enbart, då det val- sade materialets tvärsnitt är tillräckligt litet för att det valsade materialet skall kunna bilda en slinga, vilket det är i finbearbet- ningssektionen. Detta innebär att det är svårt att styra och mini- mera spänningen mellan valsparen i grovbearbetningssektionen och den mellanliggande sektionen.

Spänningen mellan valsparen i grovbearbetningssektionen och den mellanliggande sektionen kontrolleras vanligtvis genom att man mäter och jämför motorströmmar hos de elektriska motorer som driver olika valspar. Mellanparsspänningen i grovbearbet- ningssektionen och den mellanliggande sektionen kan mätas och regleras under införing av ämnet i ett valspar. Med andra ord ut- förs detta, när det valsade materialets huvud når ett första vals- par och därefter ett andra valspar. Mellanparsspänningen kan . 1 tue nu 10 15 20 25 30 35 517 670 4 detekteras via motorströmmen vid det andra valsparet, och has- tigheten hos det andra och/eller det första valsparet kan regleras på sådant sätt att mellanparsspänningen mellan det första och andra valsparet minimeras. l praktiken begränsas emellertid styr- ningen i grovbearbetningssektionen och i den mellanliggande sektionen till justering av mellanparsspänningen för huvudänden av det valsade materialet. Styrning för att minimera mellanpars- spänningen är därför i praktiken enbart möjlig för huvudänden av det valsade materialet i grovbearbetningssektionen och i den mellanliggande sektionen. Spänningsstyrning av denna typ som utförs med hjälp av ett huvudändesvärde för spänningen mellan valsparen benämns härefter styrning för minimal spänning.

Slingstyrning för minimering av spänningen mellan valspar utförs genom att man mäter en slingstorlek eller slinghöjd i förhållande till en stationär punkt. Slingregleringsförfaranden erfordrar ut- rustning för fysisk hantering av slingan i det valsade materialet, och en stationär referenspunkt för slinghöjd och/eller slingstorlek definieras vanligtvis med hjälp av utrustning som fysiskt hanterar slingan. Slingstyrning kan enbart användas i en finbearbetnings- sektion, i vilken det valsade materialets tvärsnitt är tillräckligt li- tet, vilket beskrivits ovan.

En okontrollerad tryckpåkänning i det valsade materialet kan leda till ett snedvalsat ämne, vilket i sin tur resulterar i en okontroller- bar situation, under vilken det valsade materialet plötsligt avviker från den normala rörelsebanan mellan två valspar och kastas omkring i valsverket. Detta kan orsakas lätt och plötsligt av en alltför stor tryckpåkänning i det valsade materialet mellan två valspar.

Det erfordras noggrann styrning av dimensionerna hos ett valsat ämne för att man skall kunna åstadkomma en konsekvent pro- duktkvalitet över en lång tidsperiod. Detta krävs i synnerhet i grovbearbetningssektionen och i den mellanliggande sektionen, där kontinuerlig styrning för minimering av spänningen i ämnet mellan valsparen inte är möjlig enligt tidigare teknik. Under en 10 15 20 25 30 35 o u o - nu 517 670 5 tillverkningsperiod sker betydande slitage, exempelvis på valsar- nas spår och på styrskenor som styr det valsade materialet in i och ut från valsparen. Sådant normalt slitage resulterar i dimen- sions- och profilfel. Användning av automatisk valsgapsreglering under valsning, exempelvis för kompensering för det slitage som uppstått, erfordrar valspar som är komplicerade och som inne- fattar ytterligare mätnings- och styrutrustning.

Ett styrförfarande för styrning av ett varmvalsverk erfordras, vil- ket tillhandahåller en kontinuerlig styrning av spänningen mellan valspar, och vilket kan appliceras i samtliga tre sektioner i ett valsverk.

SAMMANFATTNING AV UPPFlNNlNGEN Syftet med uppfinningen är att styra dimensionerna hos ett valsat material mer noggrant. Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att tillhandahålla ett kontinuerligt styrförfarande för styrning av mellanparsspänningen, vilket förfarande är applicerbart på vilket par av valspar som helst i vilken sektion som helst av ett vals- verk. Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att tillhandahålla ett styrförfarande som är oberoende av automatisk valsgapsstyr- ning. Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att undvika sned- valsade ämnen, vilka medför ett okontrollerbart spill av valsmate- rial.

Dessa och andra syften uppnås enligt uppfinningen med ett förfa- rande för styrning av ett valsverk enligt krav 1 och enligt denna beskrivning. Vidareutvecklingar av ett styrförfarande enligt upp- finningen kännetecknas av särdragen hos de ytterligare kraven 2-6.

Den föreliggande uppfinningen utgör ett förfarande för styrning av mellanparsspänningen, vilket förfarande kan användas mellan vilket par av valspar som helst i vilken del som helst av ett vals- verk. Ändringar i denna spänning detekteras genom att man mä- ter ett avstånd mellan en position för det valsade materialet och 10 15 20 25 30 35 n | o ~ nu 517 670 6 en centrumreferenslinje. En ökad avvikelse av det valsade mate- rialet från centrumreferenslinjen tyder på en reducerad mellan- parsspänning, eller till och med tryckpåkänning. Den kontinuerli- ga mätningen av mellanparsspänningen används för att fastställa att en justering av mellanparsspänningen mellan ett par valspar tillåts i syfte att justera bredden hos det valsade materialet genom ökning eller reducering av mellanparsspänningen.

Fördelen med uppfinningen är att mellanparsspänningen kan sty- ras för vilken stol som helst i en sektion och därmed tillåts kor- rektioner i det valsade materialets bredd genom att man justerar mellanparsspänningen efter vilken stol som helst utan att riskera någon alltför stor tryckpåkänning och med snedvalsning av ämnet som följd. En ytterligare fördel är att styrning av mellanparsspän- ningen kan utföras för hela det valsade materialets längd i vilken sektion som helst av ett valsverk, i grovbearbetningssektionen och den mellanliggande sektionen av ett valsverk, såväl som i finbearbetningssektionen. Detta tillåter en noggrann styrning av de justeringar som är nödvändiga på grund av slitage och tempe- raturändringar, vilket i sin tur innebär att mindre undermåligt material produceras. En ytterligare fördel med uppfinningen är att styrförfarandet är oberoende av automatiska valsseparations- justeringstekniker, vilket innebär att valsverksutrustning och uppdatering av existerande valsverk kan göras enklare och till lägre kostnader. En ytterligare fördel med uppfinningen är att snedvalsade ämnen undviks, vilket i sin tur medför färre stille- stånd i produktionen och mindre uppkomst icke användbart vals- material vilket även bidrar till bättre arbetsförhållanden.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER Vid valsning av stänger, stavar och liknande profiler reduceras tvärsnittet hos det valsade materialet enligt konventionell teknik genom att det förs genom en uppsättning valspar, vilka är anord- nade i par. Ett valspar i paret valsar vanligtvis i en riktning och det andra valsparet valsar i en riktning vinkelrät mot den första riktningen. Valsarna i varje valspar uppvisar ett spår som är ut- 10 15 20 25 30 35 517 670 7 format som en specifik profil. Djupet hos spåret och avståndet mellan valsarna bestämmer den resulterande höjden hos det val- sade materialet. När det valsade materialet deformeras med av- seende på höjddimensionen, breder det även ut sig i en riktning vinkelrät mot höjdriktningen, det vill säga i breddled. Materialet utbreder sig i breddled och företrädesvis i en specifik omfattning.

Om materialet utbreder sig utöver spårets konturer kallas detta överfyllning, och om det utbreder sig mindre än spårets kontur kallas detta underfyllning.

Kontinuerliga mätningar kan utföras av det valsade materialets höjd, vilken sträcker sig i y-riktning efter ett horisontellt valspar, och det valsade ämnets bredd i x-riktning efter ett horisontellt valspar och detta kan utföras efter det att materialet har förts ge- nom ett valspar. Eftersom materialets höjd bestäms av spåret i valsarna och valsgapet mellan valsarna, kan bredden variera mer än höjden och resultera i under- eller överfyllning av spåret mel- lan valsarna. Breddimensionen påverkas direkt av mellanpars- spänningen. En spänningsökning i materialet som når valsarna medför en reduktion av materialets bredd detekterad efter val- sarna. På samma sätt resulterar en spänningsreduktion eller en viss tryckpåkänning i materialet som når valsarna i en ökning av det valsade materialets bredd efter ett valspar. Breddimensionen som mäts efter det att materialet har passerat genom ett valspar såsom diskuterats ovan, avser här tvärsnittsdimensionen hos det valsade materialet parallellt med längdaxlarna hos valsarna i re- spektive valspar.

Exempelvis kan en justering göras för ökning av spänningen i materialet om det föreligger en överfylld bredd efter det andra paret för att på så sätt reducera mängden valsat material som passerar in i det andra valsparet. Detta kan ske genom reduce- ring av hastigheten hos det första valsparet i förhållande till has- tigheten hos det andra valsparet. Detta är känt som en ökning av bakåtspänningen, det vill säga ökning av mellanparsspänningen uppströms om referenspunkten. o a .no en 10 15 20 25 30 35 u n ø » .n 517 670 8 På motsvarande sätt kan en underfylld bredd som detekteras ef- ter det andra valsparet resultera i en justering för reduktion av spänningen eller introduktion av en tryckpåkänning. Hastigheten hos det första valsparet ökas i förhållande till hastigheten hos det andra valsparet för att på så sätt öka mängden valsat material som matas in i det andra valsparet. Det är emellertid av stor vikt att det valsade materialet inte utsätts för någon alltför stor tryck- påkänning mellan valsparen. Vid fall av sådan »tryckpåkänning kommer ämnet att bilda en instabil slinga, vilken kan resultera i ett snedvalsat ämne. Mellanparsspänningen eller tryckpåkän- ningen kontrolleras påföljande sätt enligt uppfinningen.

Positionen för det valsade materialets rörelsebana mellan vilka två valspar som helst mäts kontinuerligt enligt uppfinningen. Po- sitionen för det valsade materialets rörelsebana som mäts utgörs av en vertikal position för det valsade materialet som har passe- rat genom ett horisontellt valspar med valsaxlarna i horisontell riktning, och på motsvarande sätt en horisontal position som mäts för det valsade materialet som har passerat genom ett ver- tikalt valspar med vertikalt anordnade valsar. Den vertikala posi- tionen för det valsade materialet som följer efter ett horisontellt valspar och den horisontella positionen för det valsade materialet som följer efter ett vertikalt valspar används enligt uppfinningen för att detektera spänning eller tryckpåkänning mellan två vals- par.

Förfarandet utförs enligt följande: - Positionen för det valsade materialets rörelsebana mellan det första och andra valsparet mäts kontinuerligt.

- Den uppmätta positionen för det valsade materialet lagras som en centrumreferenslinje när det valsade materialets huvud inträder, det vill säga när huvudet hos ett valsämne först passe- rar genom det andra valsparet eller alternativt när styrning för minimal spänning av materialets huvud har slagits ifrån, om så- dan styrning använts. 10 15 20 25 30 35 517, 670 9 - Positionen för det valsade materialets rörelsebana mellan det första valsparet och det andra valsparet mäts och jämförs med den lagrade centrumreferenslinjen för det paret.

- En uppmätt skillnad i position för det valsade materialet i förhållande till den lagrade centrumreferenslinjen fastställs att antingen ligga inom eller utanför förbestämda kontrollgränser.

- Om en uppmätt positionsskillnad för det valsade materialet i förhållande till centrumreferenslinjen ligger inom kontrollgrän- serna, genereras en sådan signal att korrektion för ökning eller reducering av spänningen tillåts.

- Om en uppmätt positionsskillnad för det valsade materialet i förhållande till centrumreferenslinjen ligger utanför kontrollgrän- serna, genereras en sådan signal att korrektion erfordras för ök- ning av spänningen och därmed reduceras den mängd valsat material som föreligger i överskott mellan det första och andra valsparet.

Mätningar av den vertikala och horisontella positionen för det valsade materialet mellan ett par valspar utförs företrädesvis ge- nom att man använder U-mätinstrument som tillverkas av ABB Industrial Products AB. Med hjälp av U-mätinstrumenten kan mätningar av en stångs diameter utföras med hjälp av ett elek- troinduktivt förfarande genom direkt mätning. Inom ramen för uppfinningen ligger även att utnyttja alternativa mätanordningar för mätning av diametern hos det 'valsade materialet, exempelvis optisk utrustning såsom lasrar eller kameror eller kombinationer av optiska förfaranden och mekaniska sensorer.

Det ligger inom ramen för uppfinningen att styra produktionen för vilket valsat material som helst, hos vilket bredden uppvisar en storlek i samma storleksordning som höjden. Utgångsdimensio- nerna kan vara såväl större som mindre än 140 mm x 140 mm och/eller uppvisa större och/eller mindre finbearbetningsdimen- sioner än diameterdimensionen på 5,5 mm som givits som ett ex- empel.

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 517 670 10 Patentkrav

1. Förfarande för en kontinuerlig styrning av mellanparsspän- ningen i ett valsverk, som innefattar ett flertal valspar anordnade parvis som ett första valspar och ett andra valspar nedströms därom, vilket valsverk är inrättat med mätmedel för kontinuerlig bestämning av en position för ett valsat materials rörelsebana efter åtminstone det första valsparet, vilken position är definierad som en vertikal position efter passage genom ett horisontellt valspars valsar och en horisontell position efter passage genom ett vertikalt valspar, vilket valsverk är inrättat med medel för de- tektering av motorströmmen i varje valspar och även med medel för styrning av valsarnas hastighet i varje valspar, kännetecknat av att mellan det första valsparet och det andra valsparet av åt- minstone ett par valspar i någon sektion av valsverket - mäts positionen för det valsade materialets rörelsebana kon- tinuerligt mellan det första valsparet och det andra valsparet, - jämförs den uppmätta positionen för det valsade materialets rörelsebana mellan det första valsparet och det andra valsparet med en centrumreferenslinje för det paret av valspar, - jämförs en detekterad skillnad mellan det valsade materia- lets position i förhållande till centrumreferenslinjen för det paret av valspar med ett lagrat referensvärde och man fastställer huru- vida skillnaden ligger inom förbestämda kontrollgränser, - en detekterad skillnad hos det valsade materialets position, vilken i förhållande till centrumreferenslinjen ligger inom kontroll- gränserna, genererar en sådan signal att korrektion för att öka eller reducera spänningen utföres för att justera valsämnets bredd och - en detekterad skillnad hos det valsade materialets position, vilken i förhållande till centrumreferenslinjen ligger utanför kon- trollgränserna, genererar en sådan signal att korrektion utföres för att öka spänningen och därmed reducera den mängd valsat material som föreligger i överskott mellan det första och det andra valsparet. 10 15 20 25 30 35 517 670 11

2. Förfarande för styrning av ett valsverk enligt krav 1, känne- tecknat av att - ett huvud hos ett nytt valsämne detekteras då det når ett för- sta valspar, - position hos det valsade materialet mäts kontinuerligt mellan det första och andra valsparet, V - huvudet hos det nya valsämnet av valsat material detekteras då det når det andra valsparet, - positionen hos det valsade materialet mellan det första och andra valsparet mäts och lagras som ett referensvärde för cent- rumlinjen, efter det att huvudet har nått det andra valsparet.

3. Förfarande för styrning av ett valsverk enligt kraven 1 och 2, kännetecknat av, att: positionen hos det valsade materialet mäts mellan det första och andra valsparet och lagras som ett referensvärde för centrumlin- jen när minimalspänningsstyrning av huvudet har slagits ifrån, om sådan styrning användes.

4. Anordning för att utföra förfarandet enligt kraven 1-3, inne- fattande mätmedel för mätning av positionen hos det valsade materialet, en eller flera styrenheter innefattande mjukvarumedel för lagring, beräkning och jämförelse av mätvärden för position och bredd, medel för att sända signaler mellan mätmedlen och en eller flera styrenheter, medel för att sända signaler mellan en el- ler flera styrenheter och ett eller flera motorhastighetsstyrorgan, kännetecknad av att mätmedlen innefattar sensorer för kontinu- erlig mätning av det valsade materialets position mellan det för- sta valsparet och det andra valsparet, att åtminstone en styren- het innefattar medel för kontinuerlig jämförelse av positionsmät- värden för det valsade materialet med en lagrad cent- rumreferenslinje, medel för bestämning av huruvida mätvärdena ligger innanför eller utanför kontrollgränser, och medel för att ge- nerera en signal för att indikera huruvida mellanparsspänningen skall ökas, reduceras, eller om mellanparsspänningen måste kor- rigeras genom en ökning av spänningen. 10 15 20 ø ø u I u. 517 670 12

5. Anordning för att utföra förfarandet enligt kraven 1-3, inne- fattande registreringsmedel för att registrera mätvärden av posi- tion och bredd hos det valsade materialet vid ett valspar, medel för registrering av temperaturer, valshastigheter, valsgap och andra processparametrar, hàrdvaru- och mjukvarumedel för lag- ring av mätvärdena i en databas, hårdvaru- och mjukvarumedel för att hämta mätvärdena, mjukvarumedel för att anpassa tabell- värden i enlighet med beräkningar baserade på mätvärdena, kännetecknad av att hàrdvaru- och mjukvarumedlen för hämtning av mätvärdena innefattar medel för uppdatering av tabellvärden med positionsmätvärden och medel för hämtning av mätvärdena för användning av dessa i en separat databas för beräkning och justering av tabellvärden och andra processparametrar.

6. Användning av en anordning enligt kraven 4 och 5 i ett vals- verk för att styra mellanparsspänningen mellan ett första valspar och ett andra valspar i någon sektion av ett valsverk för styrning av bredden hos det valsade materialet.