Verfahren, Com puterprog ramm und Walzstraße zum Walzen eines Metallbandes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Computerprogramm und eine Walzstraße zum Walzen eines Metallbandes. Die Walzstraße umfasst N in Walzrichtung hintereinander angeordnete aktive Walzgerüste.
Im Stand der Technik sind derartige Verfahren, Computerprogramme und Walzgerüste grundsätzlich bekannt. So ist aus der internationalen Veröffentlichung WO 2009/049964 A1 eine Walzstraße mit mindestens zwei Walzgerüsten bekannt, wobei das Metallband beim Passieren der Walzgerüste jeweils eine Dickenreduktion erfährt, weil die Walzspalte der Walzgerüste jeweils auf eine vorbestimmte Anstechdicke eingestellt sind. Der Bandzug insbesondere zwischen zwei Walzgerüsten wird überwacht und erforderlichenfalls mittels geeigneter Stellmittel geeignet eingestellt. Vor dem Eintritt des Walzgutkopfes in den Walzspalt wird dieser in vertikaler Richtung im Wesentlichen auf die einlaufseitige Walzgutkopfdicke eingestellt. Nach dem Eintritt des Walzgutkopfes in den Walzspalt wird dieser auf einen vorbestimmten Wert geschlossen und im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Schließen wird die Umfangsgeschwindigkeit der Arbeitswalzen in Abhängigkeit von der Größe des Walzspaltes geändert, insbesondere erhöht.
Ohne druckschriftlichen Nachweis wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 3 das dort gezeigte Verfahren, welches Stand der Technik ist, näher erläutert. Ausgangspunkt ist eine viergerüstige Tandemwalzstraße 10, welcher ein Abwickelhaspel 8 hervorgelagert und ein Aufwickelhaspel 12 nachgelagert ist. Das in der Figur 3 gezeigte Verfahren zum Kaltwalzen eines Metallbandes 200 sieht vor, dass zunächst alle Gerüste der Tandemstraße 10 aufgefahren werden, so
dass zunächst das Metallband mit dem Bandkopf 210 ohne Dickenreduktion durch die Walzspalte der Walzgerüste bis zum Aufwickelhaspel 12 geführt wird, um dort angewickelt zu werden; siehe Figuren 3a und b). Mit dem Anwickeln entsteht in dem Metallband zwischen dem Aufwickelhaspel 12 und dem Abwickelhaspel 8 eine Zugspannung; siehe Figur 3c).
Nach dem Aufbau der Zugspannung werden die Arbeitswalzen der Walzgerüste zunächst alle auf das Metallband 200 aufgesetzt, siehe Figur 3d), bevor das Walzen am ersten Gerüst beginnt, in dem dessen Arbeitswalzen auf einen Walzspalt mit einer vorbestimmten Anstechdicke zugefahren werden; siehe Figur 3e). Der auf diese Weise durch das erste Walzgerüst verursachte Dickensprung im Metallband durchfährt dann der Reihe nach alle nachfolgenden Walzgerüste der Tandemstraße 10. Dabei erfolgt ein sukzessiver Start der Walzung an den einzelnen Gerüsten, sobald der besagte Dickensprung das jeweilige Gerüst passiert; siehe Figuren 3f und 3g). Das letzte Walzgerüst der Tandemstraße wird vorzugsweise auf die gewünschte Zieldicke für das Metallband eingestellt.
Es gibt zwei wesentliche Gründe für die Durchführung dieses Verfahrens: Zum einen ist der Kraft- und Arbeitsbedarf beim Walzen ohne Zug erheblich höher als mit Zug und zum anderen wird das Band speziell bei den dünnen Dicken des Kaltwalzens sehr schnell uneben, wenn das Walzspaltprofil nicht zum einlaufenden Profil des Metallbandes passt und so das Walzgut über der Bandbreite unterschiedliche Längungen erfährt. Metallband mit Unebenheiten kann in der Regel nicht angewickelt werden oder von einem Folgegerüst weitergewalzt, also in der Dicke weiter reduziert werden.
Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass am Bandkopf eine erhebliche Länge des Metallbandes nicht die gewünschte Dicke aufweist und deshalb als Abmaßlänge
wieder verschrottet werden muss. Eine ähnliche Situation ergibt sich am Bandende. Hier fehlt der Rück-Zug, sobald das Band den Abwickelhaspel 8 verlässt bzw. die letzten Windungen des Bundes anliegen. Bei konventioneller Fahrweise werden hier ebenfalls die Walzspalte der einzelnen Walzgerüste geöffnet; auch hier ergeben sich Abmaßlängen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, ein Computerprogramm und eine Walzstraße zum Kaltwalzen eines Metallbandes dahingehend weiterzubilden, dass die unerwünschten Abmaßlängen deutlich verkürzt werden.
Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 beanspruchte Verfahren gelöst. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anstechdicke des n'ten Walzgerüstes der Walzstraße nach Maßgabe der Zugspannung zwischen dem n'ten und dem η+1 'ten Walzgerüst auf eine zweite vorbestimmte Anstechdicke, welche kleiner ist als die erste Anstechdicke des n'ten aktiven Walzgerüstes, weiter reduziert wird.
Der Begriff „aktive Walzgerüste" bezeichnet diejenigen Walzgerüste der Walzstraße, welche durch entsprechend geringe Einstellung ihrer Walzspalthöhen zu einer Dickenreduktion des Metallbandes beitragen. Walzgerüste mit geöffnetem Walzspalt zählen nicht zu den aktiven Walzgerüsten im Sinne der Erfindung; sie können jedoch durchaus zwischen zwei aktiven Walzgerüsten innerhalb der Walzstraße angeordnet sein. In diesem Fall bleiben die Walzgerüste mit geöffnetem Walzspalt jedoch für das erfindungsgemäße Verfahren unbeachtlich.
Die Reihenfolge der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 1 ist nicht notwendigerweise streng einzuhalten. So können die Schritte a und b sowie die Schritte d und e jeweils auch in ihrer Reihenfolge vertauscht sein. Das heißt, es ist für das erfindungsgemäße Verfahren egal, ob das Einstellen der Walzspalte auf eine vorbestinnnnte Anstechdicke erfolgt, bevor das Metallband an das jeweilige Walzgerüst herantransportiert wird oder nachdem das Metallband bzw. der Bandkopf des Metallbandes bereits auf der Eingangsseite des Walzgerüstes angekommen ist. In jedem Fall sollte die Einstellung des Walzspaltes jedoch abgeschlossen sein, wenn die jeweils relevante Stelle des Metallbandes, ab welcher eine Dickenreduktion erfolgen soll, in den Walzspalt gelangt ist.
Der Parameter n bezeichnet die in Walzrichtung hintereinander angeordneten aktiven Walzgerüste der Walzstraße.
Der Parameter k bezeichnet die Anzahl der durchgeführten Änderungen, insbesondere Reduzierungen, der Anstechdicke pro Walzgerüst pro Walzvorgang.
Der Parameter x bezeichnet die dem Walzgerüst n vorgeordneten Walzgerüste.
Die Anstechdicken sind in der vorliegenden Beschreibung jeweils mit den beiden Parametern k und n parametriert. Die Anstechdicken sind typischerweise Funktionen der Zeit; d.h. die Veränderungen der Anstechdicken erfolgt zeitabhängig.
Aufbau der Zugspannung meint bei der vorliegenden Erfindung eine Vergrößerung der Zugspannung.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass eine aufgebaute und erkannte veränderte Zugspannung in dem Metallband zwischen dem n'ten und n+1 'ten Walzgerüst dazu genutzt wird, um die Anstechdicke an dem n'ten aktiven Walzgerüst weiter zu reduzieren. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es auf diese Weise, bereits mit dem Kaltwalzen des Metallbandes, d.h. mit der Dickenreduktion des Metallbandes zu beginnen, bevor der Bandkopf den Aufwickelhaspel erreicht und von diesem angewickelt wird, um Zugspannung aufzubauen. Anders ausgedrückt: Der Aufbau der Zugspannung wird durch das erfindungsgemäße Verfahren räumlich und zeitlich vom Aufwickelhaspel weg auf die ersten aktiven Walzgerüste vorverlagert. Auf diese Weise wird eine sehr deutliche Reduzierung der unerwünschten Abmaßlängen erreicht.
Eine weitere Reduzierung der Abmaßlängen wird dadurch erreicht, dass die Schritte d) bis h) jeweils für n=n+1 bis n=N-1 wiederholt werden. Anders ausgedrückt: Besonders vorteilhaft wird das Verfahrens gemäß Anspruch 1 nicht nur auf zwei benachbarte aktive Walzgerüste n und n+1 der Walzstraße angewandt, sondern vorzugsweise auf alle Walzgerüste bzw. Walzgerüstpaarungen der Walzstraße. Bei einer derartigen „horizontalen" Ausdehnung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Walzrichtung würden schließlich fast alle Walzgerüste n mit n<n<N-1 sequentiell nicht nur jeweils auf eine erste, sondern auch mindestens auf eine zweite weiter reduzierte vorbestimmte Anstechdicke eingestellt werden. Dies würde, wie gesagt, zu einer weiteren Reduzierung der unerwünschten Abmaßlängen führen.
Eine noch weitergehende Reduzierung der Abmaßlänge lässt sich vorteilhafterweise dadurch erreichen, dass nach dem Aufbau der Zugspannung zwischen dem n'ten und dem η+1 'ten Walzgerüst nicht nur der Walzspalt des n'ten Walzgerüstes, sondern auch der Walzspalt von zumindest einem der weiter vorgeordneten Walzgerüste x mit 1 <x<n-1 auf eine vorbestimmte Anstechdicke weiter reduziert wird. Dies ist technisch möglich, weil die Änderung der Zugspannung zwischen zwei Walzgerüsten auch Auswirkungen auf die Zugspannung des Metallbandes zwischen vorgeordneten Walzgerüsten hat. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Anstechdicken einzelner Walzgerüste nicht nur zweimal k=2, sondern noch häufiger k>2 sukzessive immer feiner optimiert werden können, im Hinblick auf die letztendlich angestrebt Zieldicke. Anders ausgedrückt, mit dem beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es, bereits bei den ersten Walzgerüsten der Walzstraße im Rahmen quasi eines Itterationsprozesses die Anstechdicke sukzessive weiter zu reduzieren, d.h. eine starke Dickenreduktion auf frühe Gerüste der Walzstraße vorzuverlagern. Auf diese Weise werden die Abmaßlängen noch weiter reduziert.
Eine darüber hinausgehende noch weitere Reduzierung der Abmaßlängen wird erreicht, wenn der Aufwickelhaspel zum Aufbau einer Zugspannung zwischen dem Aufwickelhaspel und dem N'ten Walzgerüst der Walzstraße genutzt wird und die dadurch entstehende Zugspannung ihrerseits genutzt wird für eine weitere Reduktion der Anstechdicke am N'ten Walzgerüst. Die zweite vorbestimmte Anstechdicke des N'ten Walzgerüstes ist kleiner als die erste Anstechdicke Dk=1 N des N'ten Walzgerüstes und kleiner als die aktuelle Anstechdicke Dk N-1 des N- 1 'ten Walzgerüstes.
Die soeben beschriebenen jeweiligen Einstellungen bzw. Änderungen der Anstechdicken der einzelnen Walzgerüste werden in einer Steuereinrichtung der Walzstraße jeweils vorausberechnet. Dabei erfolgt die Berechnung und
Festlegung jeweils so, dass bei jedem Walzgerüst unter Berücksichtigung der zu erwartenden Zugspannungen und der Werkstockeigenschaften des Metallbandes sowie unter Berücksichtigung der technologischen Begrenzungen, der Einlaufdicke und der angestrebten Zieldicke, jeweils die maximal mögliche Dickenreduzierung für das Metallband eingestellt wird. Dies führt zu einer weiteren Optimierung des erfindungsgemäßen Verfahrens und damit zu einer weiteren Reduzierung der unerwünschten Abmaßlängen.
Alle Anstechdicken k mit 1 <k<K aller n Walzgerüste der Walzstraße werden vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, dass es sich bei der K'ten vorbestimmten Anstechdicke DK,N des N'ten Walzgerüstes um die gewünschte Zieldicke für das Metallband handelt.
Das erfindungsgemäße Verfahren setzt vorzugsweise bereits am Kopf des jeweiligen Metallbandes an, ebenfalls um die Abmaßlängen zu reduzieren. Im Unterschied zum Stand der Technik durchläuft der Bandanfang bei dem erfindungsgemäßen Verfahren also nicht zunächst die geöffneten Walzspalte aller Gerüste, sondern bereits beim Durchlaufen des Bandkopfes durch die Walzgerüste der Walzstraße erfolgt ein Anstechen des Metallbandes bereits am Band köpf.
Das Reduzieren der Anstechdicken bei den einzelnen Walzgerüsten erfolgt vorzugsweise nicht unstetig im Sinne einer Sprungfunktion, sondern stetig, z.B. rampenförmig über dem Zeitverlauf.
Das Reduzieren der Anstechdicken bei dem η+1 'ten Walzgerüst beginnt vorteilhafterweise erst dann, wenn der von einem der vorangegangenen
Walzgerüste erzeugte, beispielsweise keilförmige dickenreduzierte Bereich des Metallbandes das η+1 'te Walzgerüst erreicht.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, dessen Programmcode ausgebildet ist zur Ansteuerung der Walzgerüste der Walzstraße und zum Transportieren des Metallbandes gemäß dem beanspruchten Verfahren.
Schließlich wird die oben genannte Aufgabe weiterhin gelöst durch eine Walzstraße mit einer Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Die Vorteile des Computerprogrammproduktes sowie der Walzstraße entsprechen der oben mit Bezug auf das beanspruchte Verfahren genannten Vorteilen.
Figur 4 zeigt die Randbedingungen einer Stichplanberechnung zur Einstellung der Walzspalte der Arbeitswalzen in einem Walzgerüst, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Demnach erfolgt die Stichplanberechnung unter Berücksichtigung technologischer Randbedingungen, wie der Züge des Metallbandes auf der Ein- und Auslaufseite, der Einlaufdicke, der angestrebten Zieldicke sowie technologischer Begrenzungen. Darüber hinaus erfolgt die Berechnung der maximal möglichen Anstechdicken unter zusätzlicher Berücksichtigung des Werkstoffes des zu walzendes Metallbandes, der Reibung zwischen den Arbeitswalzen und dem Metallband sowie unter Berücksichtigung weiterer Gerüstdaten. Aus all den genannten Daten berechnet das Walzmodell dann die erforderlichen Parameter für die Einstellung der Arbeitswalzen, d.h. die Walzkraft, das Walzmoment, die Walzenbiegung, die Verschiebung, die
Auslaufdicke sowie Verstärkungsfaktoren der technischen Regelung und insbesondere auch die besagte maximal mögliche Anstechdicke.
Der Beschreibung sind insgesamt vier Figuren beigefügt, wobei
Figur 1 a) - f) das erfindungsgemäße Verfahren ohne Aufwickelhaspel;
Figur 2 a) - d) das erfindungsgemäße Verfahren mit Aufwickelhaspel;
Figur 3 a) - h) ein Kaltwalzverfahren gemäß dem Stand der Technik; und
die Randbedingungen zur Stichplanberechnung gemäß dem Stand der Technik,
zeigen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 näher beschrieben. In den Figuren 1 und 2 sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Zwei paarweise übereinander angeordnete Kreise bzw. Rollen bezeichnen in den Figuren 1 und 2 jeweils immer ein Arbeitswalzenpaar mit einem aufgespannten Walzspalt.
Gemäß Figur 1 sieht das erfindungsgemäße Verfahren in einem ersten Verfahrensschritt a) vor, dass der Walzspalt des n'ten Walzgerüstes auf eine vorbestimmte erste Anstechdicke n eingestellt wird, bevor das Metallband 200 mit dem Bandkopf 210 den Walzspalt des n'ten Walzgerüstes passiert; siehe Figur 1 a). Das Metallband 200 wird dann mit seinem Bandkopf 210 weiter an das n'te Walzgerüst herangeführt, wo es, inklusive seines Bandkopfes 210 auf die erste Anstechdicke D1 n in seiner Dicke reduziert wird; siehe Figur 1 b). Das Metallband 200 wird dann gemäß Figur 1 c) von dem n'ten Walzgerüst zu dem η+1 'ten Walzgerüst weiter transportiert, um dort durch die auf die erste Anstechdicke D1 in+1 mit Di,n+i < D1 n eingestellten Arbeitswalzen des η+1 'ten Walzgerüstes eine weitere Dickenreduzierung zu erfahren. Es baut sich dann eine Zugspannung in dem Metallband zwischen dem η+1 'ten und dem n'ten Walzgerüst auf. Diese Zugspannung wird mit Hilfe einer Zugspannungsmesseinrichtung 50, z.B. einer Zugspannungsmessrolle gemessen. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht dann weiter vor, dass daraufhin die Anstechdicke an dem n'ten Walzgerüst auf eine zweite vorbestimmte Anstechdicke D2,n weiter reduziert wird. Die zweite Anstechdicke des n'ten Walzgerüstes ist geringer als dessen erste Anstechdicke.
Diese Reduzierung der Anstechdicke am n'ten Walzgerüst erfolgt vorzugsweise rampenförmig über der Zeit, woraus eine keilförmige Abnahme der Dicke des Metallbandes 200 resultiert. Der Aufbau einer Zugspannung zwischen dem η+1 'ten und dem η+2'ten Walzgerüst kann dazu genutzt werden, um auch bei dem η+1 'ten Walzgerüst eine zweite Dickenreduzierung auf eine zweite vorbestimmte Anstechdicke D2,n+i durchzuführen. Auch diese Dickenreduktion erfolgt vorzugsweise rampenförmig als Funktion der Zeit. Idealerweise entspricht die zweite vorbestimmte Anstechdicke D2,n+i bereits der angestrebten Zieldicke für das Metallband, siehe Figur 1f).
Je nach insgesamt erforderlicher Dickenabnahme kann es erforderlich sein, dass die Walzstraße mehr als zwei aktive Walzgerüste 300 aufweisen muss. In diesem Fall ist das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise auf alle Walzgerüste der Walzstraße, d.h. quasi in horizontaler Richtung auszudehnen. In diesem Fall, d.h. bei mehr als zwei Walzgerüsten in der Walzstraße ist es weiterhin vorteilhaft, dass nach dem Aufbau der Zugspannung zwischen dem n'ten und dem η+1 'ten Walzgerüst auch der Walzspalt von zumindest einem der weiter vorgeordneten Walzgerüste auf eine jeweils vorbestimmte Abstechdicke weiter reduziert wird.
Figur 2 zeigt, wie schließlich auch die aufgebaute Zugspannung zwischen dem Aufwickelhaspel 400 und dem letzten Walzgerüst der Walzstraße, d.h. dem N'ten Walzgerüst, dazu genutzt werden kann, um am N'ten Walzgerüst eine weitere Dickenreduzierung, vorzugsweise hin auf die angestrebte Zieldicke zu erreichen. Dazu verlässt zunächst der Bandkopf 210 das letzte N'te Walzgerüst 300 in Richtung Aufwickelhaspel 400, um dort angehaspelt zu werden; siehe Figuren 2a) und b). Das Anhaspeln führt zum Aufbau einer Zugspannung in dem Metallband zwischen dem Aufwickelhaspel 400 und dem N'ten Walzgerüst 300, welche durch die Zugspannungsmesseinrichtung 50 detektiert wird; siehe Figur 2c). Diese erkannte Steigerung des Zugaufbaus zwischen dem Aufwickelhaspel 400 und dem n'ten Walzgerüst kann dann dazu verwendet werden, die Anstechdicke am N'ten Walzgerüst weiter, vorzugsweise auf die gewünschte Zieldicke zu reduzieren. Die letzte Einstellung des Walzspaltes am ersten Walzgerüst erfolgt dann, wenn die dadurch realisierte Reduzierung der Anstechdicke des Metallbandes ausreicht, um am Ausgang des N'ten Walzgerüstes der Walzstraße die gewünschte Zieldicke zu walzen.
Vorteilhaft findet das erfindungsgemäße Verfahren auch bei einer reversierend arbeitenden Kaltwalzstraße Anwendung. Nach dem ersten Durchlauf durch die
reversierende Straße erreicht das Metallband dann am Gerüst N in der Regel noch nicht die gewünschte Zieldicke . Das Verfahren wird dann für mindestens einen Rücklauf und erneute Vorläufe durch die Straße solange wiederholt, bis die gewünschte Zieldicke erreicht wird.