DE4424613A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Walzgerüstes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Walzgerüstes, insbesondere Dressierwalzgerüst, das Stützwalzen, eine hydraulische Anstellung, eine Passline-Einstellung, Biegeeinrichtungen für die Arbeits- und/oder Zwischenwalzen sowie weitere Gerüststellglieder aufweist.

Ein Walzgerüst dieser Art, bei dem die Walzen eines Walzenpaares zudem gegensinnig axial verschiebbar sind und jede der verschiebbaren Walzen mindestens über ein Teil der Länge des Walzenballens eine von einer achsparallelen Geraden abweichende, gekrümmte Kontur aufweist, ist durch die DE-A-29 19 105 bekanntgeworden. Eine Veränderung der Walzspaltkontur ist bei diesem Walzgerüst aufgrund der Konturengebung der Walzen und der Walzenbiegevorrichtungen möglich, die als Stellglieder zur Beeinflussung des Walzspaltprofils arbeiten und für eine positive oder eine negative bzw. eine positive und negative Biegung ausgelegt sein können, um den Walzspalt zwischen den Arbeitswalzen zu beeinflussen. Das Walzgerüst ist so ausgelegt, daß sich im Walzbetrieb durch gezielten Einsatz der Stellglieder, nämlich durch die axiale Verschiebung der eine gekrümmte Kontur besitzenden Walze und eine gleichzeitig auf diese zur Einwirkung gebrachte Biegebeanspruchung, die Gestalt des Walzspaltes und damit das Profil des Walzbandes beeinflussen läßt.

Um Profilanomalien, die die walzbare Länge eines zu walzenden Bandes in einer Breite stark einschränken, zu vermeiden bzw. zu verringern, ist es beispielsweise bekannt, die Änderung des thermischen Crowns und des Arbeitswalzenverschleißes durch ge­ eignete Stellglieder wie Verschiebe- und/oder Biegeglieder, z. B. "CVC" (Continuously Variable Crown)-Verschiebung (vgl. DE 30 38 865 C1) oder eine geeignete Kühlung, im Sinne einer Angleichung der Istkontur zu kompensieren. Als Walzlänge in einer Breite wird im übrigen die Summe aller Bandlängen definiert, die in einer Breite oder annähernd gleicher Breite gewalzt werden.

Durch die EP 0 276 743 B1 ist es bekanntgeworden, zum Steuern der Balligkeit und/oder des Kantenabfalls des Bandes die horizontale Verschiebung der Arbeitswalzen und die auf diese Arbeitswalzen wirkenden Biegekräfte einer an der Aufstromseite befindlichen Gruppe der Walzgerüste eines Tandemwalzwerkes nach Maßgabe der Walzbedingungen einschließlich der Breite der Bänder einzustellen. Zum Steuern des Verschleißes und der thermischen Bombierung der Arbeitswalzen, mit dem Ziel, unerwünschte Profilformen beim Walzen in einer Breite zu vermeiden, werden in einer an der Abstromseite befindlichen Gruppe der Walzgerüste die Arbeitswalzen in vorbestimmten Intervallen, ungeachtet der Breite des Bandes, hin- und herverschoben. Hierbei werden die hinteren Gerüste nach jedem Band gegensinnig um einen bestimmten Betrag verschoben; hat der Verschiebebetrag einen maxialen Wert erreicht, wird die Verschieberichtung umgekehrt. Durch dieses zyklische Verschieben wird der Verschleiß der Arbeitswalzen auf einen größeren Bereich vergleichmäßigt.

Schließlich ist es aus der EP 0 219 844 B1 bekannt, das Profil jeder Arbeitswalze in axialer Richtung zu bestimmen, das sich während des Zeitintervalls zwischen einem Wechseln der Arbeitswalzen ändert. Sodann wird auf der Basis des bestimmten Walzenprofils die Konfiguration des Spalts zwischen der oberen und unteren Arbeitswalze in Axialrichtung als eine Funktion der Größe einer relativen Verstellung der Walzenlagen festgelegt, um diejenige Größe der Verstellung der Walzenlagen zu bestimmen, die eine möglichst glatte Konfiguration in axialer Richtung für den Spalt innerhalb des Kontaktbereichs zwischen dem Walzband und den Arbeitswalzen hervorruft. Es geht dort somit um das Glätten des Walzspaltes.

Diese unter Einsatz der Gerüststellglieder getroffenen, die Profilgenauigkeit und Planheit des zu walzenden Bandes beeinflussenden Maßnahmen reichen jedoch nicht aus, um das Aufprägen einer gewünschten Rauhigkeit zu ermöglichen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen sich unter Einsatz der Gerüststellglieder auf die Rauhigkeit des zu walzenden Bandes Einfluß nehmen läßt.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß mittels einer geschlossenen Echtzeit-Regelung der Walzprozeß zur Aufbringung einer gezielten Oberflächenrauhigkeit eingesetzt wird. Der Erfindung liegt somit die Überlegung zugrunde, bei den in Frage kommenden Walzgerüsten, d. h. dort, wo die äußere Bandbeschaffenheit und damit die Rauhigkeit der Oberfläche ein entscheidendes Kriterium ist, wie vor allem in Dressierwalzgerüsten zum Nachwalzen von Bändern, das durch den Walzprozeß erzeugte Rauhigkeitsprofil der Bandoberfläche während des laufenden Betriebes, ohne in den Prozeß eingreifen müssen, zu erfassen und damit den Walzprozeß selbst unmittelbar auszunutzen, um ein Band mit gewünschter Oberflächenrauhigkeit zu erzeugen. Um die Rauhigkeiten zu verändern, läßt sich beispielsweise ein Zusatzsollwert auf die Biegeeinrichtungen aufgeben und folglich über die Biegung die Walzkraft in gewünschter Weise verändern. Die aufgrund der Echtzeit-Regelung, d. h. während des laufenden Prozesses ermittelten Kennwerte der Rauhigkeit lassen sich außer zur Regelung der Rauhigkeit gleichzeitig dazu ausnutzen, die Walzkraft entsprechend der Festigkeit der zu walzenden Stahlqualität anzupassen. Das ist z. B. zum Nachwalzen von insbesondere verzinkten - oder auch in einer Glühlinie behandelten - Walzbändern von Bedeutung. Denn das Programm derartiger Feuerverzinkungsanlagen umfaßt neben hochfesten Stählen auch Stahlsorten von weichen, unlegierten Feinblechen und Sondertiefziehgüten bis beispiels­ weise hin zu mikrolegierten IF (Interstitial Free Steels)-Stählen, die sehr weich sind und folglich mit entsprechend geringeren Walzkräften nachgewalzt werden müssen, als das bei den hochfesten Stahlqualitäten der Fall ist.

Ein besonders bevorzugter Vorschlag der Erfindung sieht vor, daß aus den während des laufenden Walzprozesses gewonnenen Rauhigkeits-Kennwerten ein Rauhigkeitsprofil und daraus durch einen Soll-Istwertvergleich mit einem Rauhigkeitssollprofil ein zweidimensionaler Fehler ermittelt sowie dieser Fehler in Fehleranteile zerlegt wird, die jeweils einem mit einem Stellglied verbundenen Rauhigkeitsregelkreis des Walzgerüstes zugeführt werden. Das Erfassen der Rauhigkeits-Kennwerte, d. h. der Rauhtiefe und der Spitzenzahl, kann entweder durch Auswertung einer oder mehrerer über die Bandbreite verteilter diskreter Meßspuren, z. B. Messung der Bandrauhigkeit in drei Spuren, nämlich an den beiden Bandkanten und in der Mitte, durch scannende oder durch Parallelmeßverfahren erfolgen. Das Zerlegen des ermittelten zweidimensionalen Rauhigkeitsfehlers (Fehler = f (Breite; Zeit)) ermöglicht es, entsprechend den unterschiedlichen Fehleranteilen über den jeweiligen, geschlossenen Rauhigkeitsregelkreis zur Korrektur des Rauhigkeitsfehlers ein entsprechend geeignetes Stellglied des Walzgerüstes einzusetzen. Es ist daher eine Aufschaltung der Soll-Istwertabweichungen auf beispielsweise die folgenden Regelkreise möglich:

• - 0-ter Ordnung, nämlich dann, wenn die Rauhtiefe über die gesamte Breite dem gewünschten Wert nicht entspricht. Eine Korrektur des Rauhigkeitsniveaus ist über Änderungen der Walzkraft möglich.
• - 1-ter Ordnung, d. h. es liegt ein linearer Fehler über die Bandbreite vor, beispielsweise wenn die Rauhigkeitstiefe von der Bedien- zur Antriebsseite des Walzgerüstes linear zu- oder abnimmt. Eine Korrektur ist beispielsweise über die Schräglagenposition oder die Differenzwalzkraft möglich.
• - 2-ter Ordnung, in welchem Fall ein parabolischer Fehler vorliegt, dessen Abweichung mathematisch mit einer Parabel zweiter Ordnung beschrieben werden kann. Als Stellglieder zur Korrektur lassen sich die Biegeeinrichtungen einsetzen, d. h. eine positive/negative Walzenbiegung vorsehen; alternativ ist beispielsweise eine Axialverschiebung der Stütz- und/oder Arbeitswalzen bzw. Zwischenwalzen möglich.
• - n-ter Ordnung, womit Rauhigkeitsfehler höherer Ordnung vorliegen, die sich den vorgenannten Stellgliedern nicht mehr zuordnen lassen, z. B. eine Parabel 4-ter Ordnung. Die Erfassung dieser Fehler setzt ein mehr als drei Meßpunkte aufweisendes Rauhigkeitsmeßgerät voraus. Im Falle einer Parabel 4-ter Ordnung läßt sich z. B. durch den Einsatz dünner Arbeitswalzen oder einer sehr großen Arbeitswalzenbiegung Einfluß nehmen. Bei Fehlern noch höherer Ordnung kommen Stellglieder in Form z. B. einer gezielten Kühl- und Schmiermittelverteilung in Frage, wodurch sich der thermische Ballen der Walzen verändern ließe.

Zur Ermittlung der Rauhigkeits-Kennwerte wird vorgeschlagen, vorzugsweise an der Auslaufseite des Walzgerüstes ein mindestens einen Meßpunkt aufweisendes Rauhigkeitsmeßgerät anzuordnen; alternativ ist es möglich, ein- und/oder auslaufseitig ein Meßgerät mit Sensoren als Meßglied für die Regelung der Rauhigkeit vorzusehen. Derartige on-line-fähigen Rauhigkeitsmeßgeräte sind zum Messen und Erfassen von Rauhigkeiten im Markt erhältlich; sie werden aber nicht eingesetzt, um ein Walzgerüst nach diesen Kriterien einzustellen und damit den Walzprozeß unmittelbar zur Aufbringung einer gezielten Oberflächenrauhigkeit einzusetzen.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Rauhigkeitsmeßgerät an ein ein Rauhigkeitsfehlerprofil ermittelndes Soll-Istwert Vergleichsgerät und dieses an einen Fehleranalysator angeschlossen ist, der wiederum über Regler, die in Regelkreisen integriert sind, an Gerüststellglieder angeschlossen ist. Je nachdem, welcher Ordnung der jeweils ermittelte Fehleranteil zuzuordnen ist, läßt sich über einen Walzkraft- bzw. Schräglagen- bzw. Biegekraftregler oder einen Regler n-ter Ordnung das Stellglied bzw. lassen sich entsprechend den Fehleranteilen mehrere Stellglieder des Walzgerüstes gleichzeitig zum Einsatz bringen und damit der Rauhigkeitsfehler des Walzgerüstes entsprechend korrigieren.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der für den Betrieb eines Quarto-Walzgerüstes anhand eines Blockschaltbildes die Betriebsweise mit einer on-line-Rauhigkeitsregelung näher erläutert wird.

Von einem gemäß dem Ausführungsbeispiel Vier-Walzen- bzw. Quarto- Walzgerüst, insbesondere Dressierwalzgerüst, sind in der Zeichnung - da derartige Walzgerüste hinlänglich bekannt sind - der Einfachheit halber lediglich die obere und untere Arbeitswalze 1 bzw. 2 sowie die diese von oben bzw. unten abstützenden Stützwalzen 3, 4 dargestellt. Sowohl der oberen als auch der unteren Arbeitswalze 1 bzw. 2 ist ein nicht gezeigtes Biegesystem bzw. eine Biegeeinrichtung zugeordnet; diese besitzen als integrierte Bestandteile Biegezylinder für eine negative oder positive bzw. eine positive und eine negative Biegung, um den Walzspalt 5 zwischen den Arbeitswalzen 1, 2 zu beeinflussen.

An der Auslaufseite des Walzgerüstes 1, 2; 3, 4 ist ein Rauhigkeitsmeßgerät 6 angeordnet, das über die Breite des in Bandlaufrichtung (vgl. Pfeil 7) auslaufenden Walzbandes 8 mehrere, durch auf das Walzband 8 gerichtete Vertikalpfeile schematisch angedeutete Sensoren bzw. Meßpunkte 9 aufweist. Das Rauhigkeitsmeßgerät 6 erlaubt es, daß durch den Walzprozeß erzeugte Rauhigkeitsprofil der Bandoberfläche des Walzbandes 8 bis hin zu Fehlern höherer Ordnung zu erfassen.

Das Rauhigkeitsmeßgerät 6 ist an ein Vergleichsgerät 10 angeschlossen, das aus dem gemäß Pfeil 11 eingehenden Rauhigkeitsistprofil und einem gemäß Pfeil 12 vorgegebenem Rauhigkeitssollprofil einen zweidimensionalen Rauhigkeitsfehler ermittelt. Das Rauhigkeitsfehlerprofil (vgl. Pfeil 13) wird in einem Fehleranalysator 14 in Fehleranteile unterschiedlicher, nämlich 0-ter, 1-ter, 2-ter und n-ter Ordnung zerlegt. Jeder dieser Fehleranteile wird einem seiner Ordnung entsprechenden Rauhigkeitsregelkreis 15, 16, 17 bzw. 18 zugeführt und über einen in dem jeweiligen Regelkreis integrierten Walzkraftregler 19 bzw. Schräglagenregler 20 bzw. Biegekraftregler 21 bzw. einem Regler 22 n-ter Ordnung auf die im einzelnen nicht gezeigten, insgesamt durch einen Pfeil 23 zusammengefaßten Stellglieder a₁, ₂ . . . a_n des Walzgerüstes aufgeschaltet. Der jeweilige Rauhigkeitsfehler wird folglich während des Walzprozesses durch den Einsatz des jeweils geeigneten Stellgliedes a₁ bzw. a₂ bzw. a_n korrigiert und damit eine gezielte Oberflächenrauhigkeit des Walzbandes 8 erreicht.

Claims (4)

1. Verfahren zum Betreiben eines Walzgerüstes, insbesondere Dressierwalzgerüst, das Stützwalzen, eine hydraulische Anstellung, eine Passline-Einstellung, Biegeeinrichtungen für die Arbeits- und/oder Zwischenwalzen sowie weitere Gerüststellglieder aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer geschlossenen Echtzeit-Regelung der Walzprozeß zur Aufbringung einer gezielten Oberflächenrauhigkeit eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den während des laufenden Walzprozesses gewonnenen Rauhigkeits-Kennwerten ein Rauhigkeitsprofil und daraus durch einen Soll-Istwertvergleich mit einem Rauhigkeitssollprofil ein zweidimensionaler Fehler ermittelt sowie dieser Fehler in Fehleranteile zerlegt wird, die jeweils einem mit einem Gerüststellglied verbundenen Rauhigkeitsregelkreis des Walzgerüstes zugeführt werden.

3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein vorzugsweise auslaufseitig des Walzgerüstes (1, 2; 3, 4) angeordnetes, mindestens einen Sensor bzw. Meßpunkt (9) aufweisendes Rauhigkeitsmeßgerät (6).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauhigkeitsmeßgerät (6) an ein ein Rauhigkeitsfehlerprofil (13) ermittelndes Soll-Istwert- Vergleichsgerät (10) und dieses an einem Fehleranalysator (14) angeschlossen ist, der wiederum über Regler (19, 20, 21 bzw. 22), die in Regelkreisen (15, 16, 17, 18) integriert sind, an die Gerüststellglieder (a₁, a₂ . . . .a_n angeschlossen ist.