DE4421005A1 - Vorrichtung zur Steuerung des Walzens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Prüfung und Steuerung des Walzens, insbesondere des Kaltwalzens von Edelstahl, wobei umform- und anlagetechnische Restriktionen zur von walztechnischen Messungen ausgehen­ den Gestaltung eines reibungslosen Betriebsablaufs und eines einwandfrei­ en Walzgutes einzuhalten sind.

In bekannter Weise werden für die Optimierung der Stichpläne für deren Pro­ grammierung bereits abgelegte Parameter verwendet. Die hierfür erforder­ liche Zeit besteht während der Inbetriebnahme des jeweils betrachteten Kalt­ walzgerüstes unter Berücksichtigung der dort vorliegenden Prozeßbedingun­ gen zur Verfügung.

Es zählt zur Aufgabe der Erfindung, daß nach ihren Vorschlägen eine Vor­ ausberechnung für die walztechnischen Merkmale möglich wird, wobei eine auf den Stichplan bezogene Anzahl von Messungen durchgeführt und als abgelei­ tete Parameter vom Prozeßrechner zu übernehmen sind. Auf diese Weise wer­ den das bzw. die Prozeßmodelle erfindungsgemäß als Kenngrößen erkennungs­ gemäß mit den Parametern beaufschlagt:
der Fließspannung des Walzgutes,
dem Reibungsbeiwert,
der Wärmeübergangszahl zwischen der Walzgutoberfläche und
dem Anteil der in Wärme umgewandelten Umformenergie.

Die beiden Lösungen der weiter oben konkretisierten Aufgabenstellung er­ möglichen die nebeneinander geltenden Vorschläge der Ansprüche 1 und 3, für welche die Unteransprüche vorteilhafte Weiterentwicklungen vorsehen.

Auf diese Weise läßt sich die Leistungsfähigkeit insbesondere eines Mehr­ walzengerüstes mit angepaßten Parametern bei hoher statistischer Zuverläs­ sigkeit gewährleisten. Hierbei ist von Vorteil, daß die mathematischen Zu­ sammenhänge zwischen dem gemessenen Anstelldruck und der berechneten Walzkraft auch ohne Kenntnis der tatsächlichen Walzkraft mit einem den Walzbedingun­ gen entsprechenden Anstelldruck berechnet wird.

Als zwingende Notwendigkeit wird die Einhaltung der Restriktionen behan­ delt, die als anlagespezifische und technologische Grenzwerte den Hinter­ grund der Erfindung bilden. Dabei besteht eine Abhängigkeit der Restrikti­ onen von zu walzendem Werkstoff, so daß sich auch die Erfahrungen der Walz­ werker vor Ort nutzen lassen, indem für die technologischen Bedingungen "von Hand" von Stich zu Stich die Vorgaben eingestellt werden.

Mit Hilfe der Parameter für das Prozeßmodell werden vielfach walztechni­ sche Kenngrößen, wie die Walzkraft, die Antriebsleistung und die Bandtem­ peratur für die On-Line-Berechnung mit hoher Genauigkeit ausführbar. So­ weit das Modell zu Stichen führt, die Restriktionen verletzen, werden die­ se verworfen.

Der erfindungswesentliche Fortschritt wird am deutlichsten erkennbar durch das Verhalten einer mehrstufigen Berarbeitungsanlage. Für jede Stufe be­ steht ein Prozeßmodell mit der Einwirkung von Parametern. Ohne die Erfin­ dung können in die Verarbeitung eingreifende Änderungen infolge von Störun­ gen oder dergl. nicht mehr oder nur sehr aufwendig behoben werden. Viel­ mehr läuft das Walzgut "aus dem Ruder". Die erfindungsgemäß gestalteten Prozeßmodelle fangen eine derartige Drift spätestens an der Meßstelle der folgenden Stufe ab. Das Prozeßmodell übernimmt die erforderlichen Para­ meter-Änderungen. Dieser Prozeß verläuft in einer derart kurzen Zeit, daß sein Reparaturvorgang on-line ermöglicht ist.

Das Prozeßmodell arbeitet für die Stichplan-Optimierung, wie beschrieben, in derart kurzer Zeit, wie sich dies im Original verhält. Hierfür sind die Kenntnisse der beteiligten Einflußgrößen erforderlich. Es müssen dem­ nach die absoluten und relativen Dickenabnahmen die Zugkräfte am Ein- und Auslauf in die Bandgeschwindigkeit sowie die maximal zulässige Bandtempe­ ratur berücksichtigt werden. Für die letzten Stiche, die für die Qualität des Endproduktes von besonderer Bedeutung sind, müssen auch besondere Rand­ bedingungen vorgebbar sein.

Für die Berücksichtigung der zwischen unformtechnischen Kenngrößen beste­ henden Beziehungen steht einschlägige Literatur zur Verfügung. Benannt sei­ en:

• - Hensel, A., T.Spittel: Kraft und Arbeitsbedarf bildsamer Formgebungsver­ fahren, VEB Deutsche Verlag für Grundstoffindu­ strie Leipzig, 1978.
• - VDI Richtlinien: Fließkurven metallischer Werkstoffe. VDI 3200, 1982, Blatt 2, Seite 34.
• - Schmidt, W.,W.Küppers: Der Einfluß der Austenit-Stabilität auf mechani­ sche Eigenschaften und Umformverhalten von Chrom- Nickel-Stähle.
  In: Thyssen Edelstahl, Technische Berichte 12 (1986) 1.
• - Rothe, K: Beitrag zum Kraft- und Arbeitsbedarf beim Kalt­ walze von Bändern aus Cr-Ni-Stählen. Freiberger Forschungshefte B 219, VEB Deutsche Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig. 1981.

Bei der Auswahl für die Optimierungsrechnung bedarf es der vom Programm ermittelten minimalen Stichanzahl als Optimierungskriterium sowie einer weiteren Optimierungsgröße, nämlich der Walzkraftverteilung über die Stich­ folge hinweg. Da die für beide Optimierungen vorauszusetzenden Daten sehr dicht beieinander liegen, bestehen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sti­ chen ähnliche Gerüstvorstellungen. Man kann hier die wesentlichen Positio­ nen für die Zwischenwalzen wählen.

Wenn von der zunächst vorausberechneten Enddicke abgewichen werden muß, wird für die restliche Walzung ein neuer Stichplan erstellt und damit die Vorrichtung an das neue Prozeßmodell angepaßt. Dieses adaptive Verhalten ist von besonderer Bedeutung für die Berechnung der Bandtemperatur. Damit können z. B. Folgefehler bei der Temperaturberechnung abgefangen und somit vermieden werden.

Zur Veranschaulichung der Erfindung sei auf die Bilder 1 bis 5 Bezug genom­ men. Darin zeigen:

Bild 1 Fließkurven für den Werkstoff 1.4301,

Bild 2 Anstelldruck-Verläufe mit Berechnung der Walzkräfte,

Bild 3 Vergleich gemessener und errechneter Antriebsleistungen,

Bild 4 Vergleich der Anstelldrucke mit berechneten Walzkräften,

Bild 5 Ablaufschema der Stichplan-Optimierung.

Bild 1 zeigt zur Veranschaulichung einen in nicht erfindungsgemäßer Weise ausgeführten Vergleich der Fließkurven des Werkstoffes 1.4301 aus verschie­ denen Literaturquellen. Diese Wiedergabeist eine beispielsweise Darstel­ lung der Schwankungsbreite, die bei max. +/- 50% liegt und den erforder­ lichen Toleranzrahmen widerspiegelt. Dieser Aussage unterliegt auch der Vergleich nach Bild 2 zwischen den gemessenen Anstelldrucken und den berech­ neten Walzkräften. Unzweifelhaft besteht die durch Regressionsanalyse aus­ gewerteten Beziehung zu Recht. Wenn auch stark gestreut, so ist diese den­ noch eine gültige Aussage für diese Beziehung. Dies gilt auch für den nach Bild 3 dargestellten Zusammenhang zwischen einer Motorleistung mit den be­ rechneten Walzleistungen. Noch enger liegen die Meßwerte bei nach Bild 4 durchgeführten Messungen mit denjenigen der berechneten Bandtemperatur-Mes­ sungen.

Bild 5 stellt das Ablaufschema der Stichplan-Optimierung gemäß der Erfin­ dung dar. Hieraus wird deutlich, wie der Datenstrom mit seinen Banddaten nach einem ersten Optimierungskriterium aufgeteilt werden muß in die Ermitt­ lung der optimalen Stichanzahl (zeitoptional gegen kraftoptional).

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Prüfung und Steuerung des Walzens, insbesondere des Kaltwalzens von Edelstahl, wobei umform- und anlagetechnische Restriktionen zur von walztechnischen Messungen ausgehenden Ge­ staltung eines reibungslosen Betriebsablaufs und eines einwand­ freien Walzgutes einzuhalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die von Meßwerten abgeleiteten Parameter zu mehreren einen Prozeßrechner bilden und durch Veränderung der­ art angepaßt werden, daß dabei von Messungen beim jewei­ ligen Walzgerüst und den dort bestehenden Betriebsbedin­ gungen ausgegangen wird, wobei durch Messungen derart er­ mittelt werden:
die Banddicke,
der Bandzug,
die Walzgeschwindigkeit,
die Walzkraft bzw. der Walzdruck,
der Strom und andere Spannung der Antriebsmotore und
die Bandtemperatur,
und daß bei der Vorausberechnung der umformtechnischen Kenngrößen eine abgesicherte Schlußfolgerung auf den zu erwartenden, sich tatsächlich ergebenden Meßwert sicher­ gestellt wird.

2. Vorrichtung zur Prüfung und Steuerung des Walzens, insbesondere des Kaltwalzens von Edelstahl, wobei umform- und anlagetechnische Restriktionen zur von walztechnischen Messungen ausgehenden Ge­ staltung eines reibungslosen Betriebsablaufs und eines einwand­ freien Walzgutes einzuhalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Prozeßrechner gemeinschaftlich ein Prozeß­ modell bilden, in dem als umformtechnische Kenngrößen Vorgabewerte für die Prüfung gebildet werden und, auf den Stichplan bezogen, dessen Kenngrößen derart abändern, daß die Restriktionen eingehalten werden, wobei die Kenn­ größen bei anstehenden Änderungen derartig generiert wer­ den, wie die entsprechenden walztechnischen Werte während des Walzens verändert werden.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die Prozeßmodelle die folgenden Parameter berücksichtigen, um die umformtechnischen Kenngrößen da­ mit zu bilden:
die Fließspannung des Walzgutes,
der Reibungsbeiwert im Walzspalt,
die Wärmeübergangszahl zwischen der Walzgutoberfläche und ihrer Umgebung und
der Anteil der in Wärme umgewandelten Umformenergie.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Prozeßmodell für einen vollständigen-. Betriebs­ vorgang, insbesondere einen Walzvorgang, zunächst für die Ermittlung eines ersten Stichplans zur Optimierung des ersten Walzvorganges errechnet,
und daß danach in sonst gleicher Weise für einen weite­ ren Stichplan verfahren wird,
und daß derjenige Stichplan mit dem optimalen Ergebnis die Grundlage für die Einstellungen der Positionen gemäß dem jeweils zuletzt ermittelten Stichplan aufgenommen wird.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Voreinstellung der Stichplan Betriebspausen, wie Walznebenzeiten, in der gleichen Weise wie die Walz­ hauptzeiten differenziert darstellt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei erkennbaren Störungen, die bei der Nichtausführ­ barkeit des Stichplans vorliegen, das Prozeßmodell auf Grund des Optimierungsprogrammes für die restliche Ab­ walzung einen neuen, optimalen Stichplan erstellt, indem neue Meßwerte anstelle der gestörten Meßwerte, wie Band­ dicke und Bandtemperatur, in den neuen, optimalen Stich­ plan eingesetzt werden.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung mittels einer Reglereinrichtung er­ gänzt ist, wobei eine Rückführung des Meßwertes besteht.