Beschreibung
Verfahren und Einrichtung zum Walzen eines Walzbandes mit variierender Dicke
Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zum Walzen eines Walzbandes mit variierender Dicke.
Beim kontinuierlichen Walzen kommt es zu Dickensprüngen grö- ßer als 20 %, die hohe Anforderungen an die Einstellung der Walzstraße richten. Aufgrund der Temperatur des Walzbandes beim Warmwalzen gibt es nur geringen Spielraum zwischen Schlaufe und Einschnürung. Dies gilt um so mehr, wenn es zu Dickensprüngen von 50 % und mehr kommt.
Beim kontinuierlichen Walzen ist es also wünschenswert, zwischen zwei Bändern die Walzanlage möglichst schnell auf einen neuen Stichplan umzustellen. Um in den genannten oder ähnlichen Walzsituationen schnelle Stichplanumstellungen während des Walzbetriebs durchführen zu können, kann eine sogenannte Keilsteuerung - sowohl beim Warmwalzen als auch beim Kaltwalzen - eingesetzt werden. Bei der Stichplanumstellung ändert sich die Fertigbanddicke linear über der Bandlänge. Auf diese Weise wird in das Band ein Keil gewalzt, der den Übergang vom alten zum neuen Stichplan darstellt. Einen solchen Keil zeigt FIG 1. Dieser Keil befindet sich an einer festgelegten Stelle des Bandes und hat die vorgegebene Länge LWDG. Er verläuft im wesentlichen linear mit leicht abgerundeten Knicken. Das Bandstück im Bereich des Keils stellt Ausschuß dar und kann später herausgeschnitten werden. Daher wird eine möglichst kleine Länge des Keils, d.h. eine schnelle Stichplanumstellung, angestrebt.
Zu vergleichbaren Problemen kommt es, wenn Walzbänder bereits beim Warmwalzen auf ihre Enddicke gebracht werden, die sonst erst beim Kaltwalzen erreicht wird, so daß der gesamte Kaltwalzprozeß entfällt. Bei dieser Betriebsweise sind in den
einzelnen Walzgerüsten relativ hohe Stichabnahmen nötig. Da es im allgemeinen nicht möglich ist, bereits den Bandkopf mit solch hohen Stichabnahmen anzuwalzen, wird zunächst ein Stichplan mit geringeren Abnahmen eingestellt. Sobald das Band den Haspel erreicht hat und aufgewickelt wird, erfolgt während des Walzbetriebs eine Umstellung auf einen neuen Stichplan mit höheren Abnahmen und kleinerer Fertigbanddicke.
Entsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, das Walzen von Ausschuß bei Dickenumstellung in einem Walzband zu vermeiden bzw. zu verringern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. eine Einrichtung zum Walzen eines Metallband (l)es in einer Walzstraße gemäß Anspruch 8 gelöst, wobei die Walzstraße zumindest zwei Walzgerüste aufweist. Das Metallband (1) weist dabei zumindest zwei Teilbereiche unterschiedlicher Dicke auf, die über ein keilförmiges oder näherungsweise keilförmiges Übergangsstück (2) miteinander verbunden sind, wobei die Walzgeschwindigkeit eines Walzgerüstes beim Walzen des keilförmigen oder näherungsweise keilförmigen Übergangsstück (2) es in Abhängigkeit der Voreilung des Walzgerüstes eingestellt wird, d.h. u.a. in Abhängigkeit der Voreilung des Walzgerüstes eingestellt wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Walzgeschwindigkeit des Walzgerüstes beim Walzen des keilförmigen oder näherungsweise keilförmigen Übergangsstück (2) es in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des aus dem Walzgerüst auslau- fenden Metallband (Des eingestellt.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Walzgeschwindigkeit des Walzgerüstes beim Walzen des keilförmigen oder näherungsweise keilförmigen Übergangsstück (2) es in Abhängigkeit der Länge des keilförmigen oder näherungsweise keilförmigen Übergangsstück (2) es, der Dicke des Metallband (l)es beim Auslaufen aus dem Walzgerüst und der
Dicke des Metallband (l)es beim Auslaufen aus dem letzten Walzgerüst der Walzstraße eingestellt.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Walzgeschwindigkeit des Walzgerüstes beim Walzen des keilförmigen oder näherungsweise keilförmigen Übergangsstück (2) es in Abhängigkeit der Dynamik von unterlagerten Regelungen zur Regelung des Walzgerüstes eingestellt.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Walzspalt des Walzgerüstes beim Walzen des keilförmigen oder näherungsweise keilförmigen Übergangsstück (2) es in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des aus dem Walzgerüst auslaufenden Metallband (l)es eingestellt.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Walzspalt des Walzgerüstes beim Walzen des keilförmigen oder näherungsweise keilförmigen Übergangsstück (2) es in Abhängigkeit der Länge des keilförmigen oder näherungsweise keilförmigen Übergangsstück (2) es, der Dicke des Metallband (l)es beim Auslaufen aus dem Walzgerüst und der Dicke des Metallband (l)es beim Auslaufen aus dem letzten Walzgerüst der Walzstraße eingestellt.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Walzspalt beim Walzen des keilförmigen oder näherungsweise keilförmigen Übergangsstück (2) es in Abhängigkeit der Dynamik von unterlagerten Regelungen zur Regelung des Walzgerüstes eingestellt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Im einzelnen zeigen:
FIG 1 ein Metallband (1) variabler Dicke,
FIG 2 eine Schaltung zum Erzeugen von Steuersignalen,
FIG 3 eine Schaltung zum Erzeugen von Steuersignalen für eine fünfgerüstige Walzstraße,
FIG 4 die Steuersignale gemäß der Schaltung aus FIG 3,
FIG 5 eine Schaltung zur Erzeugung eines Zusatzsollwertes für den Walzspalt,
FIG 6 ein Drehzahlkorrekturblock,
FIG 7 eine Drehzahlkorrektureinrichtung für eine fünfge- rüstige Walzstraße, FIG 8 die Integration eines Ausführungsbeispiels der Er- findung in einer Automatisierungseinrichtung für eine Walzstraße.
FIG 1 zeigt ein Metallband (1) 1 variabler Dicke als Ergebnis einer Stichplanumstellung während des Walzens. Bei Auslauf aus dem letzten Gerüst der Walzstraße weist das Metallband (1) 1 einen Bereich 4 mit der Dicke h* Xj0ld/NS auf, die der
Solldicke gemäß dem alten Stichplan entspricht sowie einen Bereich 3 der Dicke h* X(neWjNS , der der Sollauslaufdicke gemäß dem neuen Stichplan entspricht. Zwischen den beiden Bereichen 3 und 4 weist das Metallband (1) 1 ein keilförmiges Zwischenstück 2 der Länge LWDG auf. Ferner sind die Steuersignale WDd, die mit einer Schaltung gemäß FIG 2 erzeugt werden, angegeben. VΞT,NS bezeichnet die Geschwindigkeit des Metallband (l)es 1 bei Auslauf aus dem letzten Gerüst der Walzstraße.
Bei der Stichplanumstellung ändern sich im allgemeinen die Abnahmen und Auslaufdicken aller Walzgerüste. Daher werden in beispielhafter Ausgestaltung der Erfindung alle Walzgerüste zeitrichtig vom alten auf den neuen Stichplan umgestellt. Dies erfolgt in beispielhafter Ausgestaltung der Erfindung mittels normierter Steuersignale WDGιr die den einzelnen Walzgerüsten zugeordnet sind, wobei der Index i das Walzgerüst bezeichnet. Die Steuersignale WDGX durchlaufen kontinuierlich die Werte von 0 bis 1, während das für den Keil vor- gesehene Bandstück das jeweilige Gerüst passiert. Das Steuersignal WDG_ ergibt sich für jedes Walzgerüst, indem das Integral der aktuellen Bandgeschwindigkeit vST/1 durch die Länge
des Keils LWDG dividiert wird. Die Länge LWDG des Keils für das jeweilige Gerüst wird mit den Auslaufsolldicken h*E /0id,i und h*Eχ,oid,Ns des alten Stichplanes umgerechnet: h 11 * EX,old,i f * , „ .
WDG, = — J vsτ#idt , ( 1 )
"■ EX, o ld,NS J-I DG
Dabei bezeichnet der Index NS das letzte Walzgerüst. Diese Berechnung wird gestartet, wenn das Startsignal WDGSTART,I (vgl. FIG 2) von 0 nach 1 wechselt. Sie wird beendet, sobald WDGi = 1 erreicht ist, d.h., sobald WDGREST,i aus FIG 2 nicht mehr > 0 ist. Zusätzlich wird ein Aktivsignal WDGACT/i = 1, wenn der Keil sich im Gerüst i befindet, WDGACT/1 = 0 , sonst (3)
erzeugt, mit dem z.B. bestimmte Funktionen für das Gerüst i ein- oder ausgeschaltet werden können. Eine Schaltung mit dieser Funktionalität zeigt FIG 2. Dabei bezeichnen Bezugszeichen 10 und 11 Dividierer, Bezugszeichen 12 einen Multiplizierer, Bezugszeichen 13 einen Integrator, Bezugszeichen 14 einen Summationspunkt und Bezugszeichen 15 ein UND-Glied.
Für eine beispielhafte Walzanlage mit 5 Walzgerüsten ist die Erzeugung der Steuersignale gemäß FIG 2 in FIG 3 dargestellt. Die Blöcke SIG GEN 1 bis SIG GEN 5 enthalten dabei jeweils eine Schaltung nach FIG 2. Für eine Walzanlage mit weniger oder mehr als 5 Walzgerüsten ist das Ausführungsbeispiel ge- maß FIG 3 entsprechend zu reduzieren oder zu erweitern.
Die Keilsteuerung wird durch einen Wechsel des Startsignals WDGSTART von 0 nach 1 gestartet (FIG 4) . Dieses Startsignal WDGSTART ist identisch mit dem Startsignal WDGSTART, ι für das er- ste Gerüst. Um die nachfolgenden Gerüste zeitrichtig ansteuern zu können, wird das Band von Gerüst zu Gerüst verfolgt. So ergeben sich die Startsignale WDGSTART,2 ... WDGSTART,5 für das zweite, das dritte, das vierte und das fünfte Gerüst durch Totzeitglieder 20, 21, 22, 23, deren Totzeiten von den aktu- eilen Bandgeschwindigkeiten vsτ,ι, vST/2, vsτ,3, vsτ,4 und den
Bandlängen Lι,2, L2,3, L3,4, L4,5 zwischen den Gerüsten mittels
Totzeitberechner 24, 25, 26, 27 berechnet werden. Das Aktivsignal ist
WDGACT = 1, wenn der Keil sich in der Walzan- läge befindet,
WDGACT = 0, sonst. (4)
Dieses Aktivsignal wechselt also von 0 auf 1, sobald das für den Keil vorgesehene Bandstück das erste Walzgerüst erreicht. Es wird wieder 0, wenn der Keil das letzte Walzgerüst ver- läßt. Entsprechend bezeichnen Bezugszeichen 28 ein ODER-Glied und Bezugszeichen 29 ein UND-Glied.
Die zeitlichen Verläufe der nach FIG 3 erzeugten Steuersignale sowie WDGACT zeigt FIG 4. Diese Darstellung geht von einer konstanten Geschwindigkeit des Fertigbandes aus. Da die Signale über der Zeit t aufgetragen sind, ergeben sich nacheinander für jedes Gerüst die gleichen Signalverläufe. Wie stark die Signale der einzelnen Gerüste sich überlappen, hängt von der Länge des Keils ab. Eine große Länge des Keils führt zu entsprechend großen Überlappungen, die sich auch über mehrere Gerüste erstrecken können.
Bei der Stichplanumstellung werden die Walzenanstellungen der Walzgerüste mit Hilfe der erzeugten Steuersignale geändert, so daß die Auslaufdicken der Gerüste die Werte des neuen
Stichplanes annehmen. Dies erfolgt für jedes Gerüst mit einer Schaltung nach FIG 5.
Sobald das für den Keil vorgesehene Bandstück das Walzgerüst erreicht, wird der aktuelle Wert des Walzspaltes sκ,ι, gesteuert durch das durch einen Negierer 40 negierte Startsignal WDGSTART,I, in einem Abtasthalteglied 41 gespeichert. Die Differenz zum Walzspalt-Sollwert s*κ,new,ι des neuen Stichplanes - erzeugt durch eine Summationsstelle 44 - wird mittels eines Multiplizierers 42 mit dem Steuersignal WDGX multipliziert und durch ein PTi-Glied 43 geglättet. Auf diese Weise wird
für den Walzspalt ein Zusatzsollwert ΔS*K,WDG,I berechnet, der zum momentanen Sollwert des Walzspaltes addiert wird.
Bei der Stichplanumstellung ändern sich die Auslaufdicken der
5 Walzgerüste und folglich auch die Einlaufdicken nachfolgender Walzgerüste. Zwischen den Auslaufsolldicken h *EX/ltθWfl_1 und den
Einlaufsolldicken h *KYι0ldιl des alten Stichplanes und den Auslaufsolldicken h ^new,!-! und den Einlaufsolldicken h *EYrneW(1 des neuen Stichplanes gelten die Beziehungen inf hil *EX,old,ι-l = h *EY,old,ι > h ll *EX,ne ,ι-l = hlx *EY,new,ι ( s ?• ) I
Für das erste Gerüst sind mit h 11 *EX,ol ,u = h 1 L *EY,old,l ' λhl *EX,new,0 = h l λ *EY,ne ,l ( \ J"3 i '
die Solldicken vor dem ersten Walzgerüst gemeint.
15 Sobald das für den Keil vorgesehene Bandstück das Walzgerüst i erreicht, ändert sich die Auslaufdicke des Gerüsts i wie folgt:
* = h *EX,old(1 +(h *EX,neW/1 -h *EXfold,ι) " WDG (4)
Es ändert sich gleichzeitig mit der Auslaufdicke auch die 20 Einlaufdicke des Gerusts i, und zwar nach folgender Gleichung: hEY.ι = h *EX,old,ι-: +(h n «,,-! ~ *EX,old,ι-l) ' WDGι (5)
Mit den Gleichungen (4) und (5) werden die Auslaufdicke und die
Einlaufdicke des Gerüsts i als Funktion des Steuersignals WDd
25 berechnet. Zu Beginn des Keils, d.h. bei WDGX = 0, ist das
Verhältnis RT
hιl der Auslaufdicke zur Einlaufdicke am Gerüst i: RT
h (6)
Während der Keil das Gerüst i durchläuft, ändert sich das Verhältnis der Auslaufdicke zur Einlaufdicke als Funktion des 30 Steuersignals WDGi gemäß der Gleichung
wobei für h
EX,
x und h
Eγ,ι die Gleichungen (4) und (5) einzusetzen sind. Ausgehend von einer konstanten Auslaufgeschwindig- keit des Bandes und unter Berücksichtigung des Massenfluß- prinzips, wird, basierend auf den Gleichungen (6) und (7), nach Einsetzen von (4) und (5) ein Faktor fv
h/1 für die Einlaufgeschwindigkeit des Walzbandes am Walzgerüst i gebildet:
fv
Am Gerüst i fuhren so die Banddickenänderungen zu einer Geschwindigkeitsänderung des einlaufenden Bandes. Um diesen Ef- 10 fekt zu berücksichtigen, werden die Geschwindigkeiten des gesamten vor dem Gerüst i liegenden Bereichs der Walzanlage mit dem Faktor fvh#1 nach Gleichung (8) vorgesteuert .
Bei der Stichplanumstellung ändern sich außer den Einlaufdik- 15 ken und Auslaufdicken der Walzgerüste auch die Voreilungen.
Die Voreilung kSL/1 ist dabei definiert als
wobei v
sτ,ι die Geschwindigkeit des aus dem Walzgerüst i auslaufenden Metallband (l)es und v
waι
2,ι die Umfangsgeschwindig- 20 keit der Arbeitswalzen des Walzgerüstes ist. Für jedes Walzgerüst ist entsprechend vorteilhafterweise ein Block FAC CALC i nach FIG 6 vorgesehen. Diesem Block werden jeweils die Einlaufsolldicke h *
EX,old,
1_
1 und
oev,
,!-
! , die Auslaufsolldicke
h *
Eχ,oid,ι
und h *
Eχ,ne„,ι
und die Voreilung k
S,oid,ι bzw. k
S,new,ι des 25 Walzbandes gemäß altem bzw. neuem Stichplan zugeführt. Weitere Eingangsgrößen des Blockes sind das Steuersignal WDG
X und vorteilhafterweise ein Adaptionsparameter AD
SL/1. Im Block FAC CALC i ist Gleichung (8) sowie die Gleichung
„ Λ _ ^ + ^SL,old,ι
30 fVsL/ 1 = — ~ — ( 10 )
1 + kSLf l
implementiert, um einen Faktor fvSL,i zu berechnen. Dabei ist kSL _ die aktuelle Voreilung, während der Keil das Gerüst i durchläuft. Sie ändert sich von kSLf0ld/i nach kSL(neWi .
Für eine Walzstraße mit 5 Walzgerüsten ist eine Steuerung der Geschwindigkeiten gemäß FIG 6 beispielhaft in FIG- 7 dargestellt. Die Blöcke FAC CALC 1 bis FAC CALC 5 sind die Blöcke FAC CALC i gemäß FIG 6. Die Eingangsgrößen 60, 61, 62, 63, 64 in die Blöcke FAC CALC 1, FAC CALC 2, FAC CALC 3, FAC CALC 4, FAC CALC 5 entsprechen den Eingangsgrößen in den Block
FAC CALC i in FIG 6. Für eine Walzstraße mit weniger oder mehr als 5 Walzgerüsten ist FIG 7 entsprechend zu reduzieren oder zu erweitern. Für jedes Walzgerüst werden die Faktoren fvh,ι und fvSLιi zur Steuerung der Geschwindigkeiten berechnet, miteinander durch Verknüpfungsblöcke 50, 51, 52, 53 verknüpft und durch PTα-Glieder 54, 55, 56, 57, 58, 59 geglättet. Auf diese Weise ergeben sich die Faktoren fv0 ... fv5. Mit fv0 werden die Geschwindigkeiten vor dem ersten Gerüst vorgesteuert. Mit fVi ... fv5 werden die Walzengeschwindigkeiten der Gerüste 1 ... 5 vorgesteuert. Zur Vorsteuerung wird jeweils der momentane Sollwert der Geschwindigkeit mit dem zugehörigen Faktor fvi multipliziert.
Mit der erfindungsgemäßen Keilsteuerung können in Walzanlagen schnelle Stichplanumstellungen während des Walzbetriebs durchgeführt werden, und zwar sowohl beim Warmwalzen als auch beim Kaltwalzen. Die Keilsteuerung ist in beispielhafter Ausgestaltung der Erfindung so ausgelegt, daß sich hinter der Walzanlage eine konstante Auslaufgeschwindigkeit des Bandes ergibt. Wenn beim Übergang vom alten zum neuen Stichplan die Fertigbanddicke kleiner wird, so verringert sich entsprechend die Bandgeschwindigkeit am Eingang der Walzanlage. Wird dagegen eine Stichplanumstellung gewünscht, bei der sich die Auslaufgeschwindigkeit des Bandes erhöht, so kann gleichzeitig ein speed-up, d.h. eine Geschwindigkeitserhöhung, der gesamten Walzanlage erfolgen. Dann überlagern sich die Geschwindigkeitsänderungen der Keilsteuerung und des speed-up.
FIG 8 zeigt die Einbettung eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung in einem Automatisierungssystem einer Walzstraße. Dabei bezeichnet Bezugszeichen 72 eine Keilsteuerung, die eine beispielhafte Ausgestaltung der Erfindung dar- stellt. Bezugszeichen 73 bezeichnet eine Walzstraße mit unterlegter Regelung. Bezugszeichen 71 bezeichnet ein Automatisierungssystem für die Walzanlage 73. Dieses Automatisierungssystem 71 gibt der Walzstraße 73 bzw. ihrer unterlagerten Regelung Sollwerte v? bzw. s* für die Geschwindigkeit bzw. für den Walzspalt der Walzgerüste vor. Dazu erhält es optional Informationen über den Status des Walzvorgangs aus der Walzstraße 73. Dieser Informationsfluß ist in FIG 8 nicht dargestellt. Ferner erhält das Automatisierungssystem 71 Vorgaben 74 von einem übergeordneten System 70. Zur Korrektur der vom Automatisierungssystem 71 ermittelten eigentlichen Sollwerte für Geschwindigkeit und Walzspalt ermittelt die Keilsteuerung 72 die Korrekturwerte fVj. und ΔS*K,WDG,X. Dazu erhält die Keilsteuerung 72 von dem Automatisierungssystem 71 die Parameter PAR. Diese entsprechen den Eingangsgrößen in den Schaltungen gemäß FIG 2, FIG 3, FIG 5 und FIG 6, mit Ausnahme des Steuerungssignals WDGi .
Die Abkürzungen in den Figuren 1 bis 8 bezeichnen im einzelnen:
ADS,i Adaptionsparameter für das Walzgerüst i fv0 Faktor für die Geschwindigkeiten vor dem ersten Walzgerüst fvh/i Faktor der Einlaufgeschwindigkeit des Walzge- rüsts i aufgrund von Banddickenänderungen fvi Faktor für die Walzengeschwindigkeit des
Waizgerüsts i fvS,i Faktor der Walzengeschwindigkeit des Waizgerüsts i aufgrund von Voreilungsänderungen hEX/1 Auslaufdicke des Waizgerüsts i hEY,i Einlaufdicke des Waizgerüsts i
EX,new, 0 Solldicke vor dem ersten Walzgerüst gemäß neuem Stichplan
' EX,new, i Auslaufsolldicke des Waizgerüsts i gemäß neuem Stichplan h*EX,old,0 Solldicke vor dem ersten Walzgerüst gemäß altem Stichplan h*Eχ,old,i Auslaufsolldicke des Waizgerüsts i gemäß altem Stichplan h EY,ne ,i Einlaufsolldicke des Waizgerüsts i gemäß neuem Stichplan h*Eγ,old,i Einlaufsolldicke des Waizgerüsts i gemäß altem Stichplan ks ,ι Voreilung im Walzgerüst i KS , new, i Voreilung im Walzgerüst i gemäß neuem Stichplan ksL,old,x Voreilung im Walzgerüst i gemäß altem Stichplan
Li,i + 1 Länge des Bandes zwischen den Walzgerüsten i und i+1
LwDG Länge des Keils im Fertigband
NS Zahl der Walzgerüste
PAR Parameter
RT ,ι Verhältnis der Auslaufdicke zur Einlaufdicke des Waizgerüsts i
Anstellungssollwert des Waizgerüsts i
Sκ,i Anstellung des Waizgerüsts i
S K, new, i Anstellungssollwert des Waizgerüsts i gemäß neuem Stichplan
As K,WDG, i Zusatzsollwert für die Anstellung des Waizgerüsts i Zeit
L WDG, fr Zeitkonstante de PTi-Glieder für die Geschwindigkeitsfaktoren
-WDG, sK Zeitkonstante der PTα-Glieder für die Zusatzsollwerte der Anstellungen
V* χ Sollgeschwindigkeit des Waizgerüsts i
Vsτ, x Bandgeschwindigkeit hinter dem Walzgerüst i Vwal z , 1 Umfangsgeschwindigkeit der Arbeitswalzen des
Waizgerüsts i WDGACT Aktivsignal der Keilsteuerung insgesamt
(0 = inaktiv, 1 = aktiv) WDGACT , X Aktivsignal für den Keil im Walzgerüst i
(0 = inaktiv, 1 = aktiv) WDGX Steuersignal für das Walzgerüst i (0 ... 1) WDGREST, x 1 - WDGx für das Walzgerüst i (1 ... 0)
WDGSTART Startsignal für die Keilsteuerung
WDG START, Startsignal für den Keil im Walzgerüst i
FAC CALC i Faktorberechnung für das Walzgerüst i
SIG GEN i Signalgenerierung für das Walzgerüst i