WO2019145079A1 - Regeln eines walzprozesses - Google Patents

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WO2019145079A1
WO2019145079A1 PCT/EP2018/083787 EP2018083787W WO2019145079A1 WO 2019145079 A1 WO2019145079 A1 WO 2019145079A1 EP 2018083787 W EP2018083787 W EP 2018083787W WO 2019145079 A1 WO2019145079 A1 WO 2019145079A1
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lubricant
rolling
rolling stock
roll
rate
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PCT/EP2018/083787
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Martin Bergmann
Konrad Krimpelstaetter
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Primetals Technologies Austria GmbH
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    • B21B45/0251—Lubricating devices using liquid lubricants, e.g. for sections, for tubes for strips, sheets, or plates

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for controlling a rolling process, in which a rolling stock is rolled in a nip between two work rolls of a rolling stand.
  • the rolling stock before the nip Due to the deformation of the rolling stock in the nip, the rolling stock before the nip has a smaller and behind the
  • Roll surfaces of the work rolls of the rolling stand on.
  • the neutral point is also referred to as a flow sheath.
  • the location of the neutral point is important for the rolling process, because the rolling process is likely to become unstable and cause the rolling process
  • DE 10 2005 059 653 A1 discloses a method for controlling a rolling process in which a metal strip is rolled flat. Using a mathematical model, the measurable process parameters become the size of the plane
  • the position of the neutral point is calculated based on the estimated quantities, a first group of the measurable process parameters as well as the plane elastic modulus and the compressibility of the metal strip, and the rolling process becomes
  • EP 2 651 577 B1 discloses a method and apparatus for applying a lubricant during rolling
  • metallic rolling stock in particular one guided in a nip between two work rolls through rolled strip.
  • EP 2 651 577 B1 provides a mixture of lubricant and a carrier gas in one
  • EP 2 893 986 A1 discloses a method and apparatus for applying a lubricating oil when rolling a
  • Lubricating oil is compressed by means of compressed air in mixing chambers of
  • Spray nozzles sprayed into an aerosol and with the
  • Spray nozzles sprayed onto the rolling stock and / or at least one roller of the roll stand.
  • WO 2007/025682 A1 discloses a method for lubricating and cooling rolls and metal strip during rolling
  • Metal bands in which at the inlet side a minimum amount of pure lubricant without high water content with
  • EP 0 054 172 A2 discloses a method for rolling stress-free rolled strip by influencing the coefficient of friction between the strip surfaces and the
  • Mantle surfaces of the roll bale of the work rolls and / or the nip are subjected to rolling emulsion.
  • base oil of the emulsion prior to entry of the strip into the nip is determined in amounts and localized areas determined by the measured partial tensile stresses
  • US 2016/318080 A1 discloses a method for regulating at least one parameter of a rolling process, in which a metal product is rolled in a rolling stand with at least two work rolls, wherein an advance of the speed of the rolled product as it leaves the
  • Rolling force of the work rolls and the determined lead is estimated and is controlled by this approximate value of at least one parameter of the rolling process.
  • the invention has for its object to provide a method and apparatus for controlling a rolling process, which are improved in particular with regard to the position of the neutral point.
  • the object is achieved by a method having the features of claim 1 and by a device having the features of claim 12.
  • a rolling process is regulated, in which a rolling stock is rolled in a nip between two work rolls of a rolling stand.
  • the lead of the rolling stock is controlled to the advance target value by applying a lubricant lubricant rate to the rolling stock and / or at least a work roll is applied in response to the advance actual value and the advance target value.
  • the lead of the rolling stock is defined as follows:
  • Roll surface of a work roll referred to, with which the rolling stock is rolled.
  • the terms "before” and “behind” the rolling stand or nip refer to a rolling direction in which the rolling stock is passed through the nip.
  • a lubricant rate is understood to be a quantity of lubricant per unit of time.
  • the invention makes use of the fact that the lead defined by equation [1] is a measure of the position of the neutral point. The closer the neutral point to the
  • the regulation of the overfeed according to the invention can therefore be optimized the position of the neutral point and it can be detected slippage of the rolling stock or counteracted slippage.
  • the use of the lead as a control variable also has the advantage that the lead can be determined in a simple and reliable manner, since the exit speed of the rolling stock and the roller speed of a work roll can be determined easily and directly.
  • An embodiment of the invention accordingly provides that the exit speed of the rolling stock is measured behind the roll stand, a roller speed of a Roll surface of a work roll is determined and the Voreilungsistwert according to equation [1] from the
  • the invention further utilizes that the lead
  • the neutral point can be changed by a variation of an output on the rolling stock and / or on at least one work roll lubricant rate.
  • the lubricant affects the friction between the work rolls and the rolling stock.
  • the change in the lubricant rate therefore changes the friction between the work rolls and the rolling stock, thereby causing a shift of the neutral point as well.
  • Lubricant rate also allows for optimized use of the lubricant during the rolling process, as the
  • the invention has the advantage that an optionally additionally used mathematical rolling model of the
  • Process parameters for example, a rolling force distribution in the individual rolling stands of a rolling mill, strip tensioning and / or Stichabsure in the rolling stands) taken into account in order to produce the desired rolled product of the
  • Lubricant system acts, is not affected.
  • the inventive method is therefore particularly well suited as a retrofit solution for existing
  • Rolling mills to increase the product quality without the existing rolling model would have to be changed slightly. For example, it is known that it is particularly in work rolls with a long service life due to the wear of the
  • slippage in the method according to the invention can be detected reliably and in good time, and slippage can be achieved by a corresponding change in the lubricant rate
  • Overtorque setpoint is approximately 0.05.
  • Rolling gap can be minimized, on the other hand, however, a sufficient safety distance of the neutral point from the exit position is present to prevent slippage of the rolling in the nip.
  • an upper limit of the hysteresis interval is about 0.03 greater than the advance target value and / or a lower limit of the hysteresis interval is coincident with the overshoot target value. It is thereby achieved that intervention in the lubricant is only intervened when the actual advance value leaves the hysteresis interval so that the control does not become too restless.
  • Hysteresis interval is particularly advantageous when the advance target value of a position of the neutral point close to the exit position of the rolling stock behind the nip corresponds, since in this case falls below the
  • Advance setpoint can quickly lead to slippage of the rolling in the nip.
  • overshooting of the advance target value by about 0.03 can generally be tolerated since this does not cause the friction losses in the roll gap to increase excessively.
  • Lubricant rate is also applied as a function of the rolling force.
  • a further embodiment of the invention provides that for applying the lubricant rate, a mixture of
  • lubricant also referred to as minimum quantity lubrication, is advantageous because the direct application of pure lubricant into the nip or on the work rolls allows short reaction times for the control of the lead.
  • Lubricant generated a lubricant-containing rolling emulsion and applied to the rolling stock and / or on at least one work roll, and / or pure
  • Lubricant before the nip and spaced from the roll gap are applied to the rolling stock.
  • a rolling emulsion containing lubricant By applying a rolling emulsion containing lubricant
  • the rolling stock and the work rolls can be additionally cooled.
  • the lubricant due to the distance, in which the lubricant is applied to the rolling stock before the nip, the lubricant has a greater reaction time for the regulation of
  • Lead-over detection device which is adapted to determine the Voreilungs actual value of the lead of the rolling stock
  • a lubricant dispensing device which is adapted to output the lubricant to the rolling stock and / or on at least one work roll
  • a lubricant dispensing device which is adapted to output the lubricant to the rolling stock and / or on at least one work roll
  • a control unit adapted to control the advance of the rolling stock to the advance target value by adjusting one of the lubricant dispensing device
  • Lubricant rate of the lubricant is established in dependence on the Voreilungsistwert and the Vorwungssollwert.
  • the overfeed determination device is preferably for measuring an exit speed of the rolling stock behind the rolling stand and for determining a
  • the lubricant dispenser is for example for producing a mixture of lubricant and a
  • a control device allows the
  • 1 shows schematically a rolling mill, a rolling stock and a
  • FIG. 2 shows a diagram of a rolling stock speed in FIG.
  • FIG. 3 shows a block diagram of a control loop for controlling a rolling process.
  • Figure 1 shows schematically a rolling mill 1, with a rolling stock 3 is rolled, and a lubricant dispensing device 5 for dispensing a lubricant.
  • the rolling stand 1 has two work rolls 7, which are spaced from each other by a nip 9.
  • the rolling stock 3 is formed as a metallic rolled strip, which is guided in a rolling direction 11 through the nip 9.
  • the two work rolls 7 rotate with the same amount, opposing angular velocities, so that their roll surfaces 13 have a roll speed v N whose direction coincides at the location of the nip 9 with the rolling direction 11.
  • the lubricant dispensing device 5 for example, a mixture of lubricant and a carrier gas can be generated and sprayed onto the work rolls 7 and / or in the nip 9.
  • the lubricant dispensing device 5 for example, a sputtering device in which the mixture can be produced, and a plurality of spray nozzles, with which the mixture can be dispensed on.
  • Lubricant dispenser 5 for example one
  • Lubricant-containing rolling emulsion produced and on the rolling stock 3 and / or on the work rolls 7 can be output.
  • Lubricant in front of the nip 9 and spaced from the nip 9 can be output to the rolling stock 3.
  • the lubricant is controlled by the rolling process in the manner described in more detail below with reference to FIG.
  • FIG. 2 shows a diagram of a rolling stock speed v of the rolling stock 3 as a function of a rolling stock position x in the region of the roll gap 9.
  • the rolling stock 3 has a
  • Entry position x 0 and the exit position Xi takes the rolling stock speed v at a neutral point defining the flow-divide position x N the value of
  • Figure 3 shows a block diagram of a control loop for controlling the rolling process, in which the rolling stock 3 in the Rolling gap 9 is rolled between the work rolls 7 of the roll stand 1.
  • the rolling process is controlled by a control device comprising a lead detection device 15, the lubricant discharge device 5 and a
  • Control unit 17 includes.
  • the control unit 17 is the controller of the control loop, the
  • Lubricant dispenser 5 is the actuator of the control loop
  • the overfeed determination device 15 is the measuring element of the control loop
  • the rolling stand 1 and the rolling stock 3 form the controlled system 19 of the control loop.
  • the controlled variable of the control loop is the lead f of the rolling stock 3, which according to equation [1] from the
  • Exit speed v and the roller speed V N is formed.
  • FIG. 2 shows that the lead f is a measure of the position of the neutral point. The closer the neutral point is to the exit position Xi, the smaller is the lead f. The lead f is therefore particularly suitable as a controlled variable for controlling the position of the neutral point.
  • an advance setpoint value f s is specified, to which the overfeed f is regulated.
  • Advance setpoint f s becomes, for example, about 0.05
  • the exit velocity v is measured optically, for example by means of a laser measurement.
  • Roller speed v N of a work roll 7 is
  • the angular velocity is determined for example from a rotational speed of a work roll 7 driving motor.
  • control unit 17 forms a dependent of the control difference control variable u, with the
  • Lubricant output device 5 is driven. From the lubricant dispensing device 5 is dependent on the control variable u as a control variable of the control loop
  • Lubricant rate u R of the lubricant output wherein the lubricant rate U R denotes a lubricant amount per unit time.
  • a hysteresis interval for the advance f is specified and the lubricant rate u R is changed only when the actual advance value f M the
  • Hysteresis interval leaves For example, a
  • Hystereseintervall given whose upper limit is about 0.03 greater than the Vorwungssollwert f s and the lower limit of the Voreilungsistwert f M coincides.
  • the lubricant rate u R is additionally adjusted in dependence on at least one further parameter of the rolling process. For example, as a further parameter, a friction coefficient of a friction between the rolling stock 3 and a work roll 7 is determined and the
  • Lubricant rate u R will also depend on the
  • Friction coefficient set Alternatively or additionally, a rolling force acting on the rolling stock 3 in the roll gap 9 is determined as a further parameter, for example, and the lubricant rate u R is also set as a function of the rolling force.
  • the friction coefficient and / or the rolling force are, for example, by means of a

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Regelvorrichtung zum Regeln eines Walzprozesses, bei dem ein Walzgut (3) in einem Walzspalt (9) zwischen zwei Arbeitswalzen (7) eines Walzgerüstes (1) gewalzt wird. Erfindungsgemäß werden ein Voreilungssollwert (fs) für eine Voreilung (f) des Walzgutes (3) vorgegeben und ein Voreilungsistwert (fM) der Voreilung (f) des Walzgutes (3) ermittelt. Die Voreilung (f) des Walzgutes (3) wird auf den Voreilungssollwert (fs) geregelt, indem eine Schmiermittelrate (uR) eines Schmiermittels auf das Walzgut (3) oder/und auf wenigstens eine Arbeitswalze (7) in Abhängigkeit von dem Voreilungsistwert (fM) und dem Voreilungssollwert (fs) aufgebracht wird.

Description

Beschreibung
Regeln eines Walzprozesses
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln eines Walzprozesses, bei dem ein Walzgut in einem Walzspalt zwischen zwei Arbeitswalzen eines Walzgerüstes gewalzt wird.
Durch die Verformung des Walzgutes in dem Walzspalt weist das Walzgut vor dem Walzspalt eine kleinere und hinter dem
Walzspalt eine größere Geschwindigkeit als die
Walzenoberflächen der Arbeitswalzen des Walzgerüstes auf. In dem Bereich des Walzspaltes existiert ein so genannter neutraler Punkt, an dem die Geschwindigkeiten des Walzgutes und der Walzenoberflächen der Arbeitswalzen gleich groß sind. Der neutrale Punkt wird auch als Fließscheide bezeichnet. Die Lage des neutralen Punktes ist wichtig für den Walzprozess, weil der Walzprozess leicht instabil werden und es zum
Durchrutschen des Walzgutes in dem Walzspalt kommen kann, wenn der neutrale Punkt zu nahe an der Austrittsposition liegt, an der das Walzgut aus dem Walzgerüst austritt, andererseits jedoch Reibungsverluste durch die Reibung zwischen den Walzenoberflächen und dem Walzgut mit
zunehmender Entfernung des neutralen Punktes von der
Austrittsposition zunehmen.
DE 10 2005 059 653 Al offenbart ein Verfahren zum Steuern eines Walzprozesses, bei dem ein Metallband flachgewalzt wird. Mit Hilfe eines mathematischen Modells werden aus messbaren Prozessparametern die Größe der ebenen
Fließspannung des Metallbandes und die Größe des
hydrostatischen Druckes in dem neutralen Punkt geschätzt. Die Lage des neutralen Punktes wird auf Basis der geschätzten Größen, einer ersten Gruppe der messbaren Prozessparameter sowie des ebenen Elastizitätsmoduls und der Kompressibilität des Metallbandes berechnet, und der Walzprozess wird
erforderlichenfalls nach Maßgabe der Lage des neutralen Punktes durch Eingreifen mit geeigneten Maßnahmen
stabilisiert .
EP 2 651 577 Bl offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen eines Schmiermittels beim Walzen von
metallischem Walzgut, insbesondere eines in einem Walzspalt zwischen zwei Arbeitswalzen hindurch geführten Walzbandes.
Die Lehre der EP 2 651 577 Bl sieht vor, ein Gemisch aus Schmiermittel und einem Trägergas in einer
Zerstäubungseinrichtung zu erzeugen und mittels Sprühdüsen auf die Oberfläche zumindest einer Arbeitswalze und/oder auf die Oberfläche des Walzbandes aufzutragen.
EP 2 893 986 Al offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen eines Schmieröls beim Walzen eines
metallischen flachen Walzguts in einem Walzgerüst. Das
Schmieröl wird mittels Druckluft in Mischkammern von
Spritzdüsen zu einem Aerosol zerstäubt und mit den
Spritzdüsen auf das Walzgut und/oder mindestens eine Walze des Walzgerüsts aufgespritzt .
WO 2007/025682 Al offenbart ein Verfahren zum Schmieren und Kühlen von Walzen und Metallband beim Walzen von
Metallbändern, bei dem auf der Einlaufseite eine Minimalmenge an reinem Schmiermittel ohne hohen Wasseranteil mit
kontrollierter Viskosität in Abhängigkeit verschiedener Prozessdaten kontinuierlich online dosiert über ein
physikalisches Rechenmodell aufgetragen wird und auf der Auslaufseite ein Kühlmittel durch Sprühen aufgetragen wird.
EP 0 054 172 A2 offenbart ein Verfahren zum Walzen von spannungsfreiem Walzband durch Beeinflussung des Reibwertes zwischen den Bandoberflächen und den
Walzenballenmantelflächen in Abhängigkeit von hinter dem letzten Gerüst in Querrichtung des Bandes liegenden Zonen ermittelten partiellen Zugspannungen, bei welchen die
Mantelflächen des Walzenballens der Arbeitswalzen und/oder der Walzspalt mit Walzemulsion beaufschlagt werden. Dabei wird Grundöl der Emulsion vor dem Einlauf des Bandes in den Walzspalt in durch die ermittelten partiellen Zugspannungen bestimmten Mengen und örtlich begrenzten Bereichen
unmittelbar auf die Bandoberfläche aufgetragen.
Die US 2016/318080 Al offenbart ein Verfahren zum Regulieren von zumindest einem Parameter eines Walzvorganges, bei dem ein Metallprodukt in einem Walzgerüst mit zumindest zwei Arbeitswalzen gewalzt wird, wobei eine Voreilung aus der Geschwindigkeit des Walzproduktes beim Verlassen des
Walzgerüsts und aus der Umfangsgeschwindigkeit der
Arbeitswalzen bestimmt wird und wobei ein Näherungswert für den Reibungskoeffizienten als Funktion der gemessenen
Walzkraft der Arbeitswalzen und der ermittelten Voreilung abgeschätzt wird und anhand dieses Näherungswertes der zumindest eine Parameter des Walzvorganges geregelt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln eines Walzprozesses anzugeben, die insbesondere hinsichtlich der Lage des neutralen Punktes verbessert sind.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Walzprozess geregelt, bei dem ein Walzgut in einem Walzspalt zwischen zwei Arbeitswalzen eines Walzgerüstes gewalzt wird. Dabei werden ein Voreilungssollwert für eine Voreilung des
Walzgutes vorgegeben und ein Voreilungsistwert der Voreilung des Walzgutes ermittelt. Die Voreilung des Walzgutes wird auf den Voreilungssollwert geregelt, indem eine Schmiermittelrate eines Schmiermittels auf das Walzgut oder/und auf wenigstens eine Arbeitswalze in Abhängigkeit von dem Voreilungsistwert und dem Voreilungssollwert aufgebracht wird.
Die Voreilung des Walzgutes ist folgendermaßen definiert:
Vi-VN
/ = vN [1] wobei f die Voreilung bezeichnet, vi die
Austrittsgeschwindigkeit des Walzgutes hinter dem Walzgerüst bezeichnet und vN die Walzengeschwindigkeit einer
Walzenoberfläche einer Arbeitswalze bezeichnet, mit der das Walzgut gewalzt wird. Die Begriffe „vor" und „hinter" dem Walzgerüst oder Walzspalt beziehen sich dabei auf eine Walzrichtung, in der das Walzgut durch den Walzspalt geführt wird.
Unter einer Schmiermittelrate wird eine Schmiermittelmenge pro Zeiteinheit verstanden. Die Erfindung nutzt aus, dass die durch Gleichung [1] definierte Voreilung ein Maß für die Lage des neutralen Punktes ist. Je näher der neutrale Punkt an der
Austrittsposition des Walzgutes liegt, umso kleiner ist die Voreilung. Negative Werte der Voreilung signalisieren ein Durchrutschen des Walzgutes im Walzspalt. Durch die
erfindungsgemäße Regelung der Voreilung kann daher die Lage des neutralen Punktes optimiert werden und es kann ein Durchrutschen des Walzgutes erkannt beziehungsweise einem Durchrutschen entgegengewirkt werden. Die Verwendung der Voreilung als Regelgröße hat zudem den Vorteil, dass die Voreilung in einfacher und zuverlässiger Weise bestimmt werden kann, da die Austrittsgeschwindigkeit des Walzgutes und die Walzengeschwindigkeit einer Arbeitswalze einfach und direkt ermittelt werden können.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht dementsprechend vor, dass die Austrittsgeschwindigkeit des Walzgutes hinter dem Walzgerüst gemessen wird, eine Walzengeschwindigkeit einer Walzenoberfläche einer Arbeitswalze ermittelt wird und der Voreilungsistwert gemäß Gleichung [1] aus der
Austrittsgeschwindigkeit und der Walzengeschwindigkeit ermittelt wird.
Die Erfindung nutzt ferner aus, dass die Voreilung
beziehungsweise die Lage des neutralen Punktes durch eine Variation einer auf das Walzgut oder/und auf wenigstens eine Arbeitswalze ausgegebenen Schmiermittelrate geändert werden kann. Durch das Schmiermittel wird die Reibung zwischen den Arbeitswalzen und dem Walzgut beeinflusst. Die Änderung der Schmiermittelrate ändert daher die Reibung zwischen den Arbeitswalzen und dem Walzgut und verursacht dadurch auch eine Verschiebung des neutralen Punktes.
Die Regelung der Voreilung durch die Änderung der
Schmiermittelrate ermöglicht auch eine optimierte Verwendung des Schmiermittels während des Walzprozesses, da die
Schmiermittelrate nicht fest vorgegeben oder auf der
Grundlage eines mit Unsicherheiten behafteten mathematischen Walzmodells des Walzprozesses eingestellt wird, sondern in Abhängigkeit von dem durch direkte Messungen ermittelbaren Voreilungistwert eingestellt wird, um die Voreilung auf den Voreilungssollwert zu regeln.
Zudem hat die Erfindung den Vorteil, dass ein gegebenenfalls zusätzlich verwendetes mathematisches Walzmodell des
Walzprozesses, welches gleichzeitig eine Vielzahl von
Prozessparametern (beispielsweise eine Walzkraftverteilung in den einzelnen Walzgerüsten einer Walzstrasse, Bandzüge und/oder Stichabnahmen in den Walzgerüsten) berücksichtigt, um das gewünschte Walzprodukt zu erzeugen, von der
erfindungsgemäßen Regelung, die lediglich auf das
Schmiermittelsystem einwirkt, nicht beeinflusst wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich daher auch besonders gut als eine Nachrüstlösung für bestehende
Walzstraßen, um die Produktqualität zu erhöhen, ohne dass am bestehenden Walzmodell etwas geändert werden müsste. So ist beispielsweise bekannt, dass es besonders bei Arbeitswalzen mit langer Einsatzdauer aufgrund des Verschleißens der
Oberflächentextur der Arbeitswalzen vermehrt zum
unerwünschten Durchrutschen des Walzgutes in dem Walzspalt kommt, was in der Regel in einem klassischen Walzmodell nicht abgebildet wird. Wie oben bereits erwähnt wurde, kann das Durchrutschen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zuverlässig und rechtzeitig erkannt werden und dem Durchrutschen kann durch entsprechende Änderung der Schmiermittelrate
entgegengewirkt werden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass als
Voreilungssollwert ungefähr 0,05 vorgegeben wird. Ein
Voreilungssollwert von ungefähr 0,05 hat sich als vorteilhaft erwiesen, da bei diesem Wert der Voreilung der neutrale Punkt einerseits nahe an der Austrittsposition des Walzgutes hinter dem Walzspalt liegt, so dass die Reibungsverluste im
Walzspalt minimiert werden, andererseits jedoch noch ein ausreichender Sicherheitsabstand des neutralen Punktes von der Austrittsposition vorhanden ist, um ein Durchrutschen des Walzgutes in dem Walzspalt zu vermeiden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Hystereseintervall für die Voreilung vorgegeben wird und die Schmiermittelrate nur dann geändert wird, wenn der
Voreilungsistwert das Hystereintervall verlässt.
Beispielsweise ist eine obere Grenze des Hystereseintervalls etwa 0,03 größer als der Voreilungssollwert und/oder eine eine untere Grenze des Hystereseintervalls stimmt mit dem Voreilungssollwert überein. Dadurch wird erreicht, dass in die Schmiermittelbeaufschlagung erst dann eingegriffen wird, wenn der Voreilungsistwert das Hystereintervall verlässt, so dass die Regelung nicht zu unruhig wird. Eine mit dem
Voreilungssollwert übereinstimmende untere Grenze des
Hystereseintervalls ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Voreilungssollwert einer Lage des neutralen Punktes nahe an der Austrittsposition des Walzgutes hinter dem Walzspalt entspricht, da in diesem Fall ein Unterschreiten des
Voreilungssollwertes schnell zu einem Durchrutschen des Walzgutes in dem Walzspalt führen kann. Ein Überschreiten des Voreilungssollwertes um etwa 0,03 kann hingegen in der Regel toleriert werden, da dadurch die Reibungsverluste in dem Walzspalt nicht übermäßig ansteigen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass ein Reibungskoeffizient einer Reibung zwischen dem Walzgut und einer Arbeitswalze bestimmt wird und die Schmiermittelrate auch in Abhängigkeit von dem Reibungskoeffizienten
aufgebracht wird, oder/und dass eine in dem Walzspalt auf das Walzgut wirkende Walzkraft bestimmt wird und die
Schmiermittelrate auch in Abhängigkeit von der Walzkraft aufgebracht wird. Diese Ausgestaltungen berücksichtigen, dass die Wirkung des Walzgerüstes auch von dem
Reibungskoeffizienten der Reibung zwischen dem Walzgut und einer Arbeitswalze und der auf das Walzgut wirkenden
Walzkraft abhängt und die Regelung daher durch die
Berücksichtigung dieser Größen verbessert werden kann.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zum Aufbringen der Schmiermittelrate ein Gemisch aus
Schmiermittel und einem Trägergas erzeugt und auf wenigstens eine Arbeitswalze oder/und in den Walzspalt gesprüht wird. Dieses Aufbringen von Schmiermittel, das auch als Minimum Quantity Lubrication bezeichnet wird, ist vorteilhaft, da das direkte Applizieren von reinem Schmierstoff in den Walzspalt beziehungsweise auf die Arbeitswalzen kurze Reaktionszeiten für die Regelung der Voreilung ermöglicht.
Alternativ oder zusätzlich kann zum Aufbringen der
Schmiermittelrate eine Schmiermittel enthaltende Walzemulsion erzeugt und auf das Walzgut oder/und auf wenigstens eine Arbeitswalze aufgebracht werden, oder/und reines
Schmiermittel vor dem Walzspalt und von dem Walzspalt beabstandet auf das Walzgut aufgebracht werden. Durch das Aufbringen einer Schmiermittel enthaltenden Walzemulsion können das Walzgut und die Arbeitswalzen zusätzlich gekühlt werden. Das Aufbringen reinen Schmiermittels vor dem
Walzspalt und von dem Walzspalt beabstandet auf das Walzgut wird auch als Direktapplikation bezeichnet und ermöglicht eine gezielte Verbesserung der Schmierwirkung des
Schmiermittels, hat jedoch aufgrund des Abstandes, in dem das Schmiermittel vor dem Walzspalt auf das Walzgut aufgebracht wird, eine größere Reaktionszeit für die Regelung der
Voreilung als die Minimum Quantity Lubrication.
Eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst eine
Voreilungsermittlungsvorrichtung, die zum Ermitteln des Voreilungsistwertes der Voreilung des Walzgutes eingerichtet ist, eine Schmiermittelausgabevorrichtung, die zum Ausgeben des Schmiermittels auf das Walzgut oder/und auf wenigstens eine Arbeitswalze eingerichtet ist, und eine
Regelungseinheit, die zum Regeln der Voreilung des Walzgutes auf den Voreilungssollwert durch Einstellen einer von der Schmiermittelausgabevorrichtung ausgegebenen
Schmiermittelrate des Schmiermittels in Abhängigkeit von dem Voreilungsistwert und dem Voreilungssollwert eingerichtet ist .
Dabei ist die Voreilungermittlungsvorrichtung vorzugsweise zum Messen einer Austrittsgeschwindigkeit des Walzgutes hinter dem Walzgerüst und zum Ermitteln einer
Walzengeschwindigkeit einer Walzenoberfläche einer
Arbeitswalze eingerichtet.
Die Schmiermittelausgabevorrichtung ist beispielsweise zum Erzeugen eines Gemisches aus Schmiermittel und einem
Trägergas und zum Sprühen des Gemisches auf wenigstens eine Arbeitswalze oder/und in den Walzspalt, oder/und zum Erzeugen einer Schmiermittel enthaltenden Walzemulsion und zum
Ausgeben der Walzemulsion auf das Walzgut oder/und auf wenigstens eine Arbeitswalze, oder/und zum Ausgeben reinen Schmiermittels auf das Walzgut in einem Abstand vor dem Walzspalt eingerichtet.
Eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung ermöglicht die
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorteile einer derartigen Regelvorrichtung entsprechen daher den oben genannten Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im
Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den
Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
FIG 1 schematisch ein Walzgerüst, ein Walzgut und eine
Schmiermittelausgabevorrichtung,
FIG 2 ein Diagramm einer Walzgutgeschwindigkeit in
Abhängigkeit von einer Walzgutposition,
FIG 3 ein Blockschaltbild eines Regelkreises zum Regeln eines Walzprozesses.
Figur 1 zeigt schematisch ein Walzgerüst 1, mit ein Walzgut 3 gewalzt wird, und eine Schmiermittelausgabevorrichtung 5 zum Ausgeben eines Schmiermittels.
Das Walzgerüst 1 weist zwei Arbeitswalzen 7 auf, die durch einen Walzspalt 9 voneinander beabstandet sind. Das Walzgut 3 ist als ein metallisches Walzband ausgebildet, das in einer Walzrichtung 11 durch den Walzspalt 9 geführt wird. Beim Walzen des Walzgutes 3 drehen sich die beiden Arbeitswalzen 7 mit betragsmäßig gleichen, einander entgegengerichteten Winkelgeschwindigkeiten, so dass ihre Walzenoberflächen 13 eine Walzengeschwindigkeit vN aufweisen, deren Richtung am Ort des Walzspaltes 9 mit der Walzrichtung 11 übereinstimmt. Mit der Schmiermittelausgabevorrichtung 5 ist beispielsweise ein Gemisch aus Schmiermittel und einem Trägergas erzeugbar und auf die Arbeitswalzen 7 oder/und in den Walzspalt 9 sprühbar. Dazu weist die Schmiermittelausgabevorrichtung 5 beispielsweise eine Zerstäubungsvorrichtung, in der das Gemisch erzeugbar ist, und mehrere Sprühdüsen, mit denen das Gemisch ausgebbar ist, auf.
Alternativ oder zusätzlich ist mit der
Schmiermittelausgabevorrichtung 5 beispielsweise eine
Schmiermittel enthaltende Walzemulsion erzeugbar und auf das Walzgut 3 oder/und auf die Arbeitswalzen 7 ausgebbar.
Des Weiteren kann mit der Schmiermittelausgabevorrichtung 5 alternativ oder zusätzlich beispielsweise reines
Schmiermittel vor dem Walzspalt 9 und von dem Walzspalt 9 beabstandet auf das Walzgut 3 ausgebbar sein.
Durch das mit der Schmiermittelausgabevorrichtung 5
ausgegebene Schmiermittel wird der Walzprozess in unten anhand von Figur 3 näher beschriebener Weise geregelt.
Figur 2 zeigt ein Diagramm einer Walzgutgeschwindigkeit v des Walzgutes 3 in Abhängigkeit von einer Walzgutposition x im Bereich des Walzspaltes 9. An einer Eintrittsposition x0 vor dem Walzspalt 9 hat das Walzgut 3 eine
Eintrittsgeschwindigkeit v0. In Walzrichtung 11 nimmt die Walzgutgeschwindigkeit v im Bereich des Walzspaltes 9 zu bis sie an einer Austrittsposition xj hinter dem Walzspalt 9 eine Austrittsgeschwindigkeit v erreicht. Zwischen der
Eintrittsposition x0 und der Austrittsposition Xi nimmt die Walzgutgeschwindigkeit v an einer den neutralen Punkt definierenden Fließscheideposition xN den Wert der
Walzengeschwindigkeit vN der Walzenoberflächen 13 der
Arbeitswalzen 7 an.
Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Regelkreises zum Regeln des Walzprozesses, bei dem das Walzgut 3 in dem Walzspalt 9 zwischen den Arbeitswalzen 7 des Walzgerüstes 1 gewalzt wird. Der Walzprozess wird mit einer Regelvorrichtung geregelt, die eine Voreilungsermittlungsvorrichtung 15, die Schmiermittelausgabevorrichtung 5 und eine
Regelungseinheit 17 umfasst. Die Regelungseinheit 17 ist der Regler des Regelkreises, die
Schmiermittelausgabevorrichtung 5 ist das Stellglied des Regelkreises, die Voreilungsermittlungsvorrichtung 15 ist das Messglied des Regelkreises und das Walzgerüst 1 und das Walzgut 3 bilden die Regelstrecke 19 des Regelkreises.
Die Regelgröße des Regelkreises ist die Voreilung f des Walzgutes 3, die gemäß Gleichung [1] aus der
Austrittsgeschwindigkeit v und der Walzengeschwindigkeit vN gebildet wird. Figur 2 zeigt, dass die Voreilung f ein Maß für die Lage des neutralen Punktes ist. Je näher der neutrale Punkt an der Austrittsposition Xi liegt, umso kleiner ist die Voreilung f. Die Voreilung f eignet sich daher insbesondere als Regelgröße zur Regelung der Lage des neutralen Punktes.
Zur Regelung des Walzprozesses wird ein Voreilungssollwert fs vorgegeben, auf den die Voreilung f geregelt wird. Als
Voreilungssollwert fs wird beispielsweise etwa 0,05
vorgegeben .
Mit der Voreilungsermittlungsvorrichtung 15 wird ein
Voreilungsistwert fM der Voreilung f ermittelt. Dazu ist die Voreilungermittlungsvorrichtung 15 zum Messen der
Austrittsgeschwindigkeit v des Walzgutes 3 hinter dem
Walzspalt 9 und zum Ermitteln der Walzengeschwindigkeit vN eingerichtet. Die Austrittsgeschwindigkeit v wird
beispielsweise mittels wenigstens einer Bandzugmessrolle gemessen, die hinter dem Walzgerüst 1 angeordnet ist und auf einer Walzgutoberfläche des Walzgutes 3 abrollt. Alternativ wird die Austrittsgeschwindigkeit v optisch gemessen, beispielsweise mittels einer Lasermessung. Die
Walzengeschwindigkeit vN einer Arbeitswalze 7 wird
beispielsweise aus der Winkelgeschwindigkeit und dem Radius der Arbeitswalze 7 ermittelt, wobei die Winkelgeschwindigkeit beispielsweise aus einer Drehzahl eines die Arbeitswalze 7 antreibenden Motors ermittelt wird.
Aus dem Voreilungssollwert fs und dem Voreilungsistwert fM wird eine Regeldifferenz gebildet, indem der
Voreilungsistwert fM von dem Voreilungssollwert fs
subtrahiert wird. Die Regelungseinheit 17 bildet eine von der Regeldifferenz abhängige Steuergröße u, mit der die
Schmiermittelausgabevorrichtung 5 angesteuert wird. Von der Schmiermittelausgabevorrichtung 5 wird als Stellgröße des Regelkreises eine von der Steuergröße u abhängige
Schmiermittelrate uR des Schmiermittels ausgegeben, wobei die Schmiermittelrate uR eine Schmiermittelmenge pro Zeiteinheit bezeichnet. Beispielsweise wird ein Hystereseintervall für die Voreilung f vorgegeben und die Schmiermittelrate uR wird nur dann geändert, wenn der Voreilungsistwert fM das
Hystereintervall verlässt. Beispielsweise wird ein
Hystereseintervall vorgegeben, dessen obere Grenze etwa 0,03 größer als der Voreilungssollwert fs ist und dessen untere Grenze mit dem Voreilungsistwert fM übereinstimmt.
In einer Weitergestaltung des anhand von Figur 3
beschriebenen Verfahrens zur Regelung des Walzprozesses wird die Schmiermittelrate uR zusätzlich in Abhängigkeit von wenigstens einem weiteren Parameter des Walzprozesses eingestellt. Beispielsweise wird als ein weiterer Parameter ein Reibungskoeffizient einer Reibung zwischen dem Walzgut 3 und einer Arbeitswalze 7 bestimmt und die
Schmiermittelrate uR wird auch in Abhängigkeit von dem
Reibungskoeffizienten eingestellt. Alternativ oder zusätzlich wird als ein weiterer Parameter beispielsweise eine in dem Walzspalt 9 auf das Walzgut 3 wirkende Walzkraft bestimmt und die Schmiermittelrate uR wird auch in Abhängigkeit von der Walzkraft eingestellt. Der Reibungskoeffizient und/oder die Walzkraft werden dabei beispielsweise mittels eines
Walz spaltmodells in Echtzeit aus aktuellen Prozessgrößen des Walzprozesses ermittelt. Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der
Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
1 Walzgerüst
3 Walzgut
5 Schmiermittelausgabevorrichtung
7 Arbeitswalze
9 Walzspalt
11 Walzrichtung
13 Walzenoberfläche
15 VoreilungsermittlungsVorrichtung
17 Regelungseinheit
19 Regelstrecke
f Voreilung
fjyi Voreilungsistwert
fs VoreilungsSollwert
v Walzgutgeschwindigkeit
Vo Eintrittsgeschwindigkeit
Vi Austrittsgeschwindigkeit
VN Walzengeschwindigkeit
u Steuergröße
UR Schmiermittelrate
X Walzgutposition
xo Eintrittsposition
Xi Austrittsposition
XN FließScheideposition

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Regeln eines Walzprozesses, bei dem ein Walzgut (3) in einem Walzspalt (9) zwischen zwei
Arbeitswalzen (7) eines Walzgerüstes (1) gewalzt wird, wobei
- ein Voreilungssollwert (fs) für eine Voreilung (f) des Walzgutes (3) vorgegeben wird,
- ein Voreilungsistwert (fM) der Voreilung (f) des
Walzgutes (3) ermittelt wird,
- und die Voreilung (f) des Walzgutes (3) auf den
Voreilungssollwert (fs) geregelt wird, indem eine
Schmiermittelrate (uR) eines Schmiermittels auf das
Walzgut (3) oder/und auf wenigstens eine Arbeitswalze (7) in Abhängigkeit von dem Voreilungsistwert (fM) und dem
Voreilungssollwert (fs) aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass eine
Austrittsgeschwindigkeit (vi) des Walzgutes (3) hinter dem Walzgerüst (1) gemessen wird, eine Walzengeschwindigkeit (vN) einer Walzenoberfläche (13) einer Arbeitswalze (7) ermittelt wird und der Voreilungsistwert (fM) aus der
Austrittsgeschwindigkeit (vi) und der
Walzengeschwindigkeit (vN) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass als Voreilungssollwert (fs) ungefähr 0,05 vorgegeben wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hystereseintervall für die Voreilung (f) vorgegeben wird und die Schmiermittelrate (uR) nur dann geändert wird, wenn der Voreilungsistwert (fM) das Hystereintervall verlässt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine obere Grenze des
Hystereseintervalls etwa 0,03 größer als der
Voreilungssollwert (fs) ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass eine untere Grenze des
Hystereseintervalls mit dem Voreilungssollwert (fs)
übereinstimmt .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reibungskoeffizient einer Reibung zwischen dem Walzgut (3) und einer Arbeitswalze (7) bestimmt wird und die Schmiermittelrate (uR) auch in
Abhängigkeit von dem Reibungskoeffizienten aufgebracht wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine in dem Walzspalt (9) auf das Walzgut (3) wirkende Walzkraft bestimmt wird und die Schmiermittelrate (uR) auch in Abhängigkeit von der Walzkraft aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbringen der
Schmiermittelrate (uR) ein Gemisch aus Schmiermittel und einem Trägergas erzeugt und auf wenigstens eine
Arbeitswalze (7) oder/und in den Walzspalt (9) gesprüht wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbringen der
Schmiermittelrate (uR) eine Schmiermittel enthaltende
Walzemulsion erzeugt und auf das Walzgut (3) oder/und auf wenigstens eine Arbeitswalze (7) aufgebracht wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbringen der
Schmiermittelrate (uR) reines Schmiermittel vor dem
Walzspalt (9) und von dem Walzspalt (9) beabstandet auf das Walzgut (3) aufgebracht wird.
12. Regelvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend
- eine Voreilungsermittlungsvorrichtung (15), die zum
Ermitteln des Voreilungsistwertes (fM) der Voreilung (f) des Walzgutes (3) eingerichtet ist,
- eine Schmiermittelausgabevorrichtung (5), die zum Ausgeben des Schmiermittels auf das Walzgut (3) oder/und auf
wenigstens eine Arbeitswalze (7) eingerichtet ist, und
- eine Regelungseinheit (17), die zum Regeln der
Voreilung (f) des Walzgutes (3) auf den
Voreilungssollwert (fs) durch Einstellen einer von der
Schmiermittelausgabevorrichtung (5) ausgegebenen
Schmiermittelrate (uR) des Schmiermittels in Abhängigkeit von dem Voreilungsistwert (fM) und dem Voreilungssollwert (fs) eingerichtet ist.
13. Regelvorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die
Voreilungermittlungsvorrichtung (15) zum Messen einer
Austrittsgeschwindigkeit (vi) des Walzgutes (3) hinter dem Walzgerüst (1) und zum Ermitteln einer
Walzengeschwindigkeit (vN) einer Walzenoberfläche (13) einer Arbeitswalze (7) eingerichtet ist.
14. Regelvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, dass die
Schmiermittelausgabevorrichtung (5) zum Erzeugen eines
Gemisches aus Schmiermittel und einem Trägergas und zum Sprühen des Gemisches auf wenigstens eine Arbeitswalze (7) oder/und in den Walzspalt (9), oder/und zum Erzeugen einer Schmiermittel enthaltenden Walzemulsion und zum Ausgeben der Walzemulsion auf das Walzgut (3) oder/und auf wenigstens eine Arbeitswalze (7), oder/und zum Ausgeben reinen Schmiermittels auf das Walzgut (3) in einem Abstand vor dem Walzspalt (9) eingerichtet ist.
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