DE69102489T2

DE69102489T2 - Verfahren zur Regelung der Spannung in einem Metallwalzwerk.

Info

Publication number: DE69102489T2
Application number: DE69102489T
Authority: DE
Inventors: Donald John Fapiano
Original assignee: Allegheny Ludlum Corp; Fapiano Consulting Inc
Current assignee: Allegheny Ludlum Corp; Fapiano Consulting Inc
Priority date: 1990-05-01
Filing date: 1991-04-18
Publication date: 1995-03-16
Anticipated expiration: 2011-04-19
Also published as: CA2041492A1; EP0455381B1; EP0455381A1; DE69102489D1; US5103662A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Mehrfachgestellt-Metallwalzwerke und insbesondere ein Verfahren einer verbesserten Steuerung der Zwischengestellspannung in solchen Walzwerken.
Mehrfachgestellt-Kaltwalzwerke, die mit Zwischengestell-Spannugsmeßeinrichtungen ausgestattet sind, setzen im allgemeinen zwei Formen von Zwischengestell-Spannungssteuereinrichtungen ein, d.h. für die Gestellgeschwindigkeit und die Walzenspaltweite. Während des Einfädelns wird die Spannung üblicherweise durch Gestellgeschwindigkeitseinstellungen gesteuert. Wenn das Band in sämtliche Gestelle und die Ausgangshaspel eingetreten ist, wird das Walzwerk von der Einfädelgeschwindigkeit auf die Betriebsgeschwindigkeit beschleunigt. Das Spannungssteuerverfahren wird von der Gestellgeschwindigkeit auf die Walzenspaltweitensteuereinheit übertragen und die Gestellgeschwindigkeiten werden auf die Werte zurückgeführt, die für die Zieldicke und das erwünschte Querschnittsverringerungsmuster erforderlich sind. Eine genaue Steuerung der Banddicke ist nicht möglich vor dem Übergang von der Spannungssteuerung über die Geschwindigkeit auf die Spannungssteuerung durch die Spaltweite und es ist deshalb wesentlich, daß dies so früh wie möglich in dem Walzverfahren auftritt. In der Praxis tritt der Übergang von der Spannungssteuerung durch die Walzenspaltweite gewöhnlich an oder nahe der Einfädelgeschwindigkeit auf, um die Materialmenge des außerhalb der Spaltweite liegenden Bands zu verringern. Diese Steuervorgehensweisen und Betriebspraktiken sind ausreichend bekannt und sind ausreichend in der das Walzen betreffenden Literatur beschrieben worden, z. B. "Thickness Control in Cold Rolling" von D. J. Fapiano und D. E. Steeper, Iron and Steel Engineer, November 1983 und in "New Approaches to Cold Mill Gage Control" von W. D. King und R. M. Sills, AISE Yearly Proceedings, 1973, Seite 187.
Während eine Spannungssteuerung durch Walzenspaltweiteneinstellung weit verbreitet verwendet wird und im wesentlichen effektiv ist, hängt deren Effektivität jedoch von einer guten Steuerung der Gestellgeschwindigkeiten ab. Eine Steuerung der Spannung über eine Walzenspaltweite führt zu einer gleichmäßigen Banddicke dann, und nur dann, wenn die Gestellgeschwindigkeitsbeziehungen konstant aufrechterhalten werden. Unter dieser Bedingung kann irgendeine Änderung in der Spannung leicht auf eine Änderung in der Banddicke übertragen werden, die dann korrigiert wird, wenn die Walzenspaltweite geändert wird, um die Spannung auf den erwünschten Pegel zurückzusetzen.
Der grundsätzlich schwache Punkt bei den Ausführungen dieser Vorgehensweise nach dem Stand der Technik ist derjenige, daß eine unangepaßte Änderung in der Gestellgeschwindigkeit Dickenfehler hervorruft. Zum Beispiel würde, wenn während einer Beschleunigung eine nicht perfekte Geschwindigkeitssteuerung derart vorliegt, daß die einlaufseitige Gestellgeschwindigkeit relativ zu der auslaufseitigen Gestellgeschwindigkeit abfällt, die Spannung zwischen den Gestellen ansteigen. falls keine Spannungssteuerwirkung auftritt, würde die Banddicke, die das auslaufseitige Gestell verläßt, geringfügig abnehmen, und zwar aufgrund der Gesamtspannungserhöhung. Mit einer Spannungssteuerung durch die Spaltweite würde die Spannungsreguliereinrichtung die auslaufseitige Gestellwalzenspaltweite schließen, um die Spannung auf den Referenzpegel zurückzusetzen, wodurch weiterhin die Banddicke verringert werden würde. Diese Empfindlichkeit hinsichtlich Geschwindigkeitssteuerfehlern hat die Aufmerksamkeit auf die erforderlichen Verbesserungen in der Hauptantriebsgeschwindigkeitssteuerung in neuen oder kürzlich modernisierten Walzwerken konzentriert. Allerdings setzt eine große Anzahl von bestehenden Walzwerken Antriebs- und Steuergeräte älterer Art ein, deren Geschwindigkeitsgenauigkeit nicht mit akzeptablem Kostenaufwand verbessert werden kann.
Feldexperimente haben gezeigt, daß Geschwindigkeitsverhältnisfehler von 3% bis 5% während der Niedriggeschwindigkeitsbeschleunigungen durch die Walzengestelle üblich sind. Wenn eine Spannungssteuerung durch die Walzenspaltweite durchgeführt wird, führen solche Fehler zu Banddickenfehlern einer entsprechenden Größe. Außerhalb des Eichmaßes liegende Bänder führen zu einem Verlust an verkaufbaren Bändern. Dieses Problem ist besonders ernst bei niedriger Geschwindigkeit, da die Belastungsverteilungen einer vorgegebenen Größe zu größeren Geschwindigkeitsstörungen pro Einheit bei niedrigeren Geschwindigkeiten führen. Die Zwischengestellspannungsänderung ist proportional zu der Änderung in der Zwischenge stellbelastung bzw. -dehnung, die von Änderungen in dem Verhältnis der Geschwidigkeiten der benachbarten Gestelle herrührt. Demzufolge ist es die Änderung der Geschwindigkeit pro Gestell eher als die absolute Geschwindigkeit, die die daraus resultierende Spannungsänderung bestimmt.
Eine alternative Vorgehensweise würde diejenige sein, eine Spannungssteuerung über die Geschwindigkeit fortzuführen, bis eine gewisse höhere Geschwindigkeit erreicht worden ist. Eine solche Vorgehensweise vernachlässigt allerdings die Steuerung der Spaltweitenänderungen, die aus den Änderungen in dem Materialdeformationswiderstand oder aus Änderungen in der Walzenspaltweite herrühren, die durch die thermische Expansion der Walze oder eine Exzentrizität der Stützwalze verursacht werden.
Ein ideales Spannungssteuerverfahren würde ein solches sein, das die Vorteile der Spannungssteuerung über eine Walzenspaltweite beibehält, allerdings die Empfindlichkeit hinsichtlich Geschwindigkeitsfehlern verringert oder vermeidet, die bei früheren Arten der Vorgehensweise aufgetreten sind.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Walzen von Metallbändern anzugeben.
Es ist eine weitere Aufgabe, ein Verfahren für eine Bandspannungssteuerung anzugeben derart, daß Banddickenfehler in Folge von ungleichmäßigen Änderungen in den Walzwerkgeschwindigkelten verringert werden.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren gelöst, das die jeweiligen Merkmale der Ansprüche 1 und 4 aufweist.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung einer Spannung in einem Walzwerk angegeben, das mindestens zwei Walzwerkgestelle und Einrichtungen zur Einstellung des Gestellwalzenspalts besitzt. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung steuert eine Bandspannung zwischen benachbarten Gestellen durch fortlaufende Identifizierung von Abweichungen von dem erwünschten Gestellgeschwindigkeitsverhältnis. Die Spannungsanderung, die aus diesem Geschwindigkeitsverhältnisfehler resultiert, wird aus einem Verhältnis zwischen der Spannung und dem Geschwindigkeitsverhältnisfehler abgeschätzt. Dann wird ein gemessenes Spannungssignal durch die Größe der durch diese Geschwindigkeit induzierten Spannungsänderung geändert. Das so geänderte Spannungssignal wird dann, wie in einem Verfahren nach dem Stand der Technik, zur Spannungssteuerung durch eine Walzenspaltweiteneinstellung verwendet.
Die vorliegende Erfindung nimmt tatsächlich eine Spannungsdiskriminierung zwischen Spannungsfehlern, die durch Gestellgeschwindigkeitsstörungen verursacht werden, und Spannungsfehlern von allen anderen Quellen vor und korrigiert nur denjenigen Teil der Spannungsabweichung, der nicht durch Walzengeschwindigkeitsvariationen hervorgerufen wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm der Maschinenanordnung für das Verfahren der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Spannungsregelein richtung, die auf die Walzenspaltweitensteuereinrichtung einwirkt;
Figur 3 zeigt eine Computersimulation einer Spaltweiten- und Spannungsvariation, die aus einer Spannungssteuerung nach dem Stand der Technik während einer Beschleunigung mit nicht angepaßten Geschwindigkeitsregeleinrichtungen herrührt;
Figur 4 zeigt eine Computersimulation der Spaltweiten- und Spannungsvariationen, die aus einer Spannungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung herrühren;
Figur 5 zeigt eine Simulation von Spaltweiten- und Spannungsvariationen, die mit der vorliegenden Erfindung erhalten werden, die eine Überkompensation der Geschwindigkeit, die durch eine Spannungsänderung induziert wird, verwendet.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Figur 1 stellt schematisch ein typisches Paar von benachbarten Walzengestellen dar, wie sie zur Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können. Es ist verständlich, daß die Darstellung der Figur 1 vereinfacht gezeigt ist, um nur die wesentlichen Elemente darzustellen, die für die vorliegende Erfindung wichtig sind. Weiterhin ist ersichtlich, daß die Darstellung der Figur 1 irgendwelches von zwei benachbarten Gestellen eines Mehrfachgestell-Walzwerks sein kann.
In Figur 1 wird ein Werkstück 14 durch gegenüberliegende Arbeitswalzen 3 und 4 eines ersten, einlaufseitigen Rollwalzengestells 1 und durch gegenüberliegend angeordnete Arbeitswalzen 6 und 7 eines zweiten, auslaufseitigen Rollwalzengestells 2 hindurchgeführt und führt über eine Spannungsermittlungseinrichtung 18, die zwischen den Gestellen angeordnet ist. Walzengeschwindigkeitssensoren 9 und 10 sind mit den Arbeitswalzen 3 und 6 jeweils verbunden, vorzugsweise mit den Antriebsmotoren der Arbeitswalzen. Der Spalt zwischen den gegenüberliegenden Arbeitswalzen 6 und 7 des auslaufseitigen Gestells 2 wird durch einen hydraulischen Zylinder 8 unter Steuerung der Walzenzwischenraumsteuereinheit 12 eingestellt. Alternativ kann der Spalt durch Schrauben eingestellt werden, wie dies in den meisten älteren Walzwerken der Fall ist. Eine Steuerung des Spalts zwischen gegenüberliegenden Arbeitswalzen 3 und 4 ist vorgesehen, allerdings ist die Steuerung des Spalts des anströmseitigen Gestells 1 optional und nicht für das Verfahren der vorliegenden Erfindung erforderlich. Die Spannungssteuereinrichtung 11 nimmt ein Bandspannungssignal 15 von der Spannungsermittlungseinrichtung 18 auf, vergleicht es mit dem Spannungsreferenzsignal 16, das von einem Computer 13 aufgenommen wird, und weist dann die Spaltsteuereinheit 12 an, den Hydraulikzylinder 8 so einzustellen, um die Differenz zwischen den Signalen 15 und 16 zu verringern. Für eine Steuerung einer Zwischengestellspannung ist es bekannt, daß die Einstellung des auslaufseitigen Gestellwalzenspalts, wie dies in Figur 1 dargestellt ist, wirksamer als die Einstellung des einlaufseitigen Gestellwalzenspalts ist.
Referenzwerte für die vielen Steueranordnungen, die zum Betreiben eines Mehrfachgestell-Walzwerks erforderlich sind, werden typischerweise durch einen einstellbaren Computer 13 erzeugt. Das erwünschte Verhältnis der Gestellgeschwindigkeiten 17, das hinsichtlich der vorliegenden Erfindung relevant ist, ist in den Informationen enthalten, die durch den Computer 13 erzeugt werden. Andere Eingangssignale, die nicht zu der Erfindung gehören, sind als Übertragungsbusleitung 20 dargestellt und würden, wie dies nach dem Stand der Technik bekannt ist, solche Elemente, wie Walzablaufdaten, Benutzereingabeinformationen usw., umfassen. Andere Ausgangssignale sind als Übertragungsbusleitung 31 dargestellt.
Eine Bandspannung in dem Gestell des Bands 14 zwischen benachbarten Gestellen 1 und 2 wird durch eine geringe Bandgeschwindigkeitserhöhung erzeugt, wenn das Band zwischen den Gestellen hindurchführt. Dies erzeugt eine Straffung, die, wenn sie mit dem Bandelastizitätsmodul multipliziert wird, eine proportionale Zugspannung oder Spannung erzeugt. Die Spannung kann demzufolge durch irgendein Verfahren gesteuert werden, das die relativen Geschwindigkeiten an den zwei Enden des Abschnitts des Bands 14 zwischen den benachbarten Gestellen verändert. Die meisten herkömmlichen Verfahren würden die Drehgeschwindigkeit der Arbeitswalzen 6 oder 7 des auslaufseitigen Gestells 2 verändern, was hier als Spannungssteuerung über die Geschwindigkeit bezeichnet wird. Ein solches Verfahren wird in herkömmlicher Weise während des anfänglichen Walzens, d.h. dem Einführen des Bands durch alle Gestelle, bevor das Band in alle Gestelle eingetreten ist und vor einer Beschleunigung auf die Betriebsgeschwindigkeit, vorgenommen. Aus Gründen, die nach dem Stand der Technik bekannt und in den vorstehend zitierten Artikeln gesprochen sind, ist es erwünscht, sobald als möglich auf eine Spannungssteuerung über den Spalt umzuschalten.
Bei der Spannungssteuerung über das Spaltverfahren wird die Bandgeschwindigkeit (-schnelligkeit), mit der es in das auslaufseitige Gestell eintritt, durch Änderung der Walzenspaltöffnung des Gestells und somit durch die Reduktion oder den Zug in diesem Gestell geändert. Falls zum Beispiel der Spalt geschlossen und die Reduktion bzw. Querschnittsverminderung erhöht wird, wird der Volumenstrom, der das Gestell verläßt, herabgesetzt und die Bandgeschwindigkeit, mit der es in das Gestell eintritt, muß proportional herabgesetzt werden. In diesem Fall würde die Zwischengestellspannung abnehmen. Die wesentlichen Elemente der Spannungssteuerung durch den Spalt sind in dem vereinfachten Blockdiagramm der Figur 2 dargestellt. Ein Spannungsreferenzsignal 16 wird mit einem gemessenen Spannungssignal 15 von einem Spannungssensor 18 verglichen, um ein Spannungsfehlersignal 24 zu erzeugen. Dieses wird durch einen Spannungsfehlerverstärker 22 in die Walzenspaltreferenz 25 konvertiert, wodurch die Spaltsteuereinheit 12 dazu angesteuert wird, die Arbeitswalzenöffnung einzustellen. Die Walzenspaltänderung 26 wirkt über die Verfahrensübertragungsfunktion 23 dahingehend, eine Spannungsänderung 27 zu erzeugen. Ein Signal 30, das nicht bei Systemen nach dem Stand der Technik vorhanden ist, wird hier später beschrieben.
Der Vorteil einer herkömmlichen Spannungssteuerung über einen Spalt kann durch die nachfolgenden Beispiele im Hinblick auf ihr Ansprechen auf typische Störungen dargestellt werden. Es wird der Fall eines Ansteigens bei der Deformationswiderstandsfähigkeit hinsichtlich einer Zunahme des Bands, das in das Gestell 2 eintritt, angenommen. Die Zunahme in der Walzkraft würde ein Erhöhen der Banddicke, das das Gestell 2 verläßt, und ein entsprechendes Ansteigen in dem Volumenstrom bewirken, da die Walzgeschwindigkeit konstant verbleibt. Die Geschwindigkeit des Bands, mit der es in das Gestell 2 eintritt, muß sich daher erhöhen, wodurch ein Ansteigen der Zwischengestellspannung verursacht wird. Die Spannungssteuerung wird dahingehend wirken, den Spalt zwischen den Arbeitswalzen 6 und 7 des Gestells 2 zu schließen, um die Spannung des Referenzwerts zurückzuführen, wodurch im wesentlichen als Ergebnis hiervon der Banddickenfehler eliminiert wird. Die Spannungssteuerung in Abhängigkeit einer nicht vorgeplanten Änderung in der Spaltöffnung in Folge einer thermischen Ausdehnung der Arbeitswalzen oder der Arbeitswalzen-Exzentrität wirkt zum Beispiel auch dahingehend, ein konstantes Normmaß beizubehalten. Eine Abnahme in der Ausgangsdicke aufgrund einer thermischen Ausdehnung der Arbeitswalze wird ein Abnehmen des Volumenstroms an dem Gestell 2 und entsprechend eine Abnahme in der Geschwindigkeit des Bands, mit der es in das Gestell 2 eintritt, bewirken. Die sich daraus ergebene Abnahme in der Zwischengestellspannung ermöglicht der Spannungssteuereinheit, den Spalt zwischen den Arbeitswalzen 6 und 7 des Gestells 2 zu öffnen, wodurch sowohl die Spannung als auch die Ausgangsdicke auf ihre geeigneten Werte zurückgeführt werden.
Die Charakteristiken einer Spannungssteuerung über den Spalt sind ausreichend bekannt und demzufolge auch die Probleme, die mit den Vorgehensweisen gemäß dem Stand der Technik verbunden sind. Solche Systeme, wie sie in herkömmlicherweise eingesetzt werden, sind von der prazisen Steuerung der Walzengeschwindigkeiten abhängig. Irgendeine Störung des Geschwindigkeitsverhaltnisses zwischen benachbarten Gestellen, die beispielsweise durch Differenzen in dem Ansprechverhalten der Steuereinheiten der Gestelle 1 und 2 in Form von einer Änderung der Geschwindigkeitsreferenz verursacht werden können, werden eine Änderung der Bandspannung erzeugen. Eine Spannungssteuerung über den Spalt nach dem Stand der Technik würde dahingehend wirken, die Spannung durch eine Änderung in dem Arbeitswalzenspalt in dem Gestell 2 zurückerlangen, wordurch unerwünschte Variationen in der Banddicke gebildet würden.
Figur 3 stellt die Wirkungsweise der Spannungssteuerung über den Spalt nach dem Stand der Technik während einer Beschleunigung mit einer Geschwindigkeitssteuerung des Gestells 1 dar, die so eingestellt ist, um die Hälfte des Geschwindigkeitsansprechverhaltens des Gestells 2 zu erhalten. Dies stellt eine unerwünschte, allerdings nicht unbekannte Steuerungssituation dar. Der Bereich, der von Interesse ist, beginnt etwa 1,2 Sekunden, nachdem die Beschleunigung beginnt. Da die Geschwindigkeit des Bands 1 (Spur 1) hinter der Geschwindigkeit des Gestells 2 nachläuft, wird die Spannung (Spur 2) ansteigen, wodurch bewirkt wird, daß sich der Walzenspalt (Spur 3) schließt, wodurch die Zunahme der Banddicke von etwa 0,005 Inch (Spur 4) bewirkt wird.
Die Wirkungsweise der Spannungssteuerung nach dem Stand der Technik über einen Spalt ist offensichtlich für einen solchen Zustand ungeeignet. Die Spannungszunahme, die durch das langsame Ansprechverhalten des Gestells verursacht wird, würde zu einer Abnahme der Dicke des Bands führen, das aus dem Gestell 2 austritt, falls dort keine Spannungssteuerung vorgenommen wird. Die Spannungssteuerwirkung setzt weiterhin die Dicke an dem Gestel1 2 beim Versuch herab, die Spannung zurückzugewinnen.
Die vorliegende Erfindung unterscheidet zwischen Spannungsänderungen, die durch die Walzwerkgeschwindigkeit oder genauer gesagt das Geschwindigkeitsverhältnis und Spannungsänderungen aufgrund anderer Störungen verursacht wird. Das Verfahren vergleicht das momentane Verhältnis der Walzengeschwindigkeiten der benachbarten Gestelle mit der erwünschten Walzengeschwindigkeitsverhältnisreferenz 17. Die Werkstückgeschwindigkeit wird durch Tachometer oder andere Geschwindigkeitssensoren geliefert, die wesentlich für die Walzengeschwindigkeitssteuerung sind. Der Geschwindigkeitsverhältnisfehler, dVR kann wie folgt ausgedrückt werden:
dVR = (V1 / V2) - (V1R / V2R)
wobei: dVR = Geschwindigkeitsverhältnisfehler
V1 = Geschwindigkeit des Gestells 1
V2 = Geschwindigkeit des Gestells 2
V1R = Geschwindigkeitreferenz des Gestells 1
V2R = Geschwindlgkeitreferenz des Gestells 2
Die Spannungsänderung, die dem Geschwindigkeitsverhältnisfehler (auch als Schnelligkeitsverhältnisfehler bezeichnet) zugeordnet ist, kann aus dem vorhandenen Bandmodul, dTdVR, bestimmt werden. Das gegebene Bandmodul wird eher als das momentane Bandelastizitätsmodul benutzt. Änderungen in der Gestellgeschwindigkeit erzeugen keine entsprechende Änderungen in der Bandgeschwindigkeit, und zwar beim Vorliegen der Bandspannung. Wenn sich die Bandspannung ändert, ändert sich der neutrale Punkt oder der Punkt in dem Walzenspalt, wo die Walzen- und Bandgeschwindigkeiten gleich sind, in eine Richtung entgegengesetzt zu der Änderung der Spannung. Aufgrund dieser Wirkung erfordert die Gestellgeschwindigkeitsänderung, eine vorgegebene Spannungsänderung zu erzeugen, die mehrfach größer ist als sie vorhergesehen werden würde, und zwar unter Verwendung des tatsächlichen Bandelastizitätsmoduls, d.h. das Young'sche Modul. Das auftretende Bandmodul für die Zwecke der Spannungssteuerung muß deshalb basierend auf Gleichungen oder Algorithmen abgeschätzt werden, die die Walzprozeßwechselwirkungen in dem Walzenangriffsbereich darstellen. Zum Beispiel liefern "The Calculation of Roll Force and Torque in Cold Strip Rolling with Tensions", Bland, D. R. und Ford, H., Proceedings of the Institute of Mechanical Engineers, Vol. 159,1948, Seiten 144-153, Gleichungen, die zu diesem Zweck verwendet werden können. Da die meisten modernen Walzwerke mit Prozeßsteuercomputern ausgestattet sind, ist es übliche Praxis, solche Übertragungsfunktionen und Ergebnisse zu erzeugen, die zur Steuerung in diesen Computern erforderlich sein können, und die erforderlichen Daten zu der Steueranordnung hin zu führen. In anderen Fällen können die direkten Steuer- und Berechnungsfunktionen in demselben Computer miteinander verbunden werden.
Dort, wo die Computerkapazität nicht für eine On-Line-Lösung der Gleichungen, wie diejenigen von Bland und Ford, ausreichend sind, können einfachere Algorithmen verwendet werden, um das Scheinbandmodul abzuleiten, zum Beispiel
dTdVR = 1 / (TERM1 + TERM2)
wobei: dtdVR = Scheinstreifenmodul
Term1 = dH / (h2 * (k - (B +F)/2)) * dG/(dG + dH)
Term2 = 1 / (4 * U + k) * (dH / R') .5
dh = Zug an dem Gestell 2
U = Reibungskoeffizient an dem Gestell 2
k = Fließspannung an dem Gestell 2
R' = deformierter Arbeitswalzenradius an dem Gestell 2
dG = Walzenspalt-Lastverformung an dem Gestell 2
B = Zwischengestellspannung
F = Ausgleichsspannung an dem Gestell 2
h2 = Ausgangsspaltweite an dem Gestell 2
Durch Multiplizieren des Geschwindigkeitsverhältnisfehlers und des Scheinbandmoduls kann die Geschwindigkeit, die durch die Spannungsänderung, dTv, induziert wird, gefunden werden. Demzufolge ist
dTv = dTdVR * dVR
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die durch die Geschwindigkeit induzierte Spannungsänderung, dTv, von dem gemessenen Spannungssignal 15 abgezogen. Alternativ könnte sie zu der Spannungsreferenz 16 oder dem Spannungsfehlersignal 24 hinzuaddiert werden, da dies mathematisch äquivalente Methoden sind.
Die Effektivität der vorliegenden Erfindung wird durch Figur 4 dargestellt, die die Zustände der Figur 3 wiederholt, allerdings mit der Geschwindigkeit, die durch die Spannungsänderung, dTv, induziert wird, von der gemessenen Spannung 15 abgezogen. Figur 4 zeigt eine computermäßige Simulation der Spaltweiten- und der Spannungsvariationen und stellt die Funktion, mit dTv nahe dem theoretischen, korrekten Wert gesetzt, dar. Es wird zugelassen, daß die Spannung (Spur 2) nicht korrekt ansteigt und eine kleine Änderung in der Walzenspaltbreite (Spur 3) auftritt. Die Spaltweitenänderung (d.h. die Banddicke) wird um etwa 0,0025 Inch oder etwa die Hälfte der Spaltweitenänderung, die in Figur 3 dargestellt ist, verringert.
Der Wert von dTdVR muß nicht präzise bekannt sein. Tatsächlich werden bessere Ergebnisse bei Computersimulationen erhalten, bei denen Werte wesentlich höher als der theoretisch korrekte Wert verwendet werden, um so eine gewisse Verringerung des Spaltweitenfehlers, der aus der Geschwindigkeit, die durch die Spannungsänderung dTv induziert wird, herrührt, zu erhalten. Die Wirkung der Verdoppelung des Werts dTv ist in Figur 5 gezeigt, die eine Computersimulation darstellt, die die Zustände der Figur 4 wiederholt, mit der Ausnahme von dTv. Die Walzenspaltweite (Spur 3) öffnet sich in Abhängigkeit des Geschwindigkeitsverhältnisfehlers und verringert weiterhin den Spaltfehler auf 0,0015 Inch, das geringer als ein drittel des Spurfehlers ist, gemäß dem Verfahren nach dem Stand der Technik, das in Figur 3 dargestellt ist. Es ist möglich, diese Vorgehensweise durch Berechnung des Vielfachen des Wertes von dTv zu verfeinern, was vollständig den Spaltfehler, der durch den Geschwindigkeitsverhältnisfehler hervorgerufen wird, beseitigt. Unter der Annahme von Unsicherheiten in dTdVR aufgrund von Änderungen in der Reibung auch der Neutralpunktstellung erscheinen weitere Verfeinerungen ungerechtfertigt zu sein, da 701. bis 801. der potentiellen Verbesserung durch Verwendung eines beliebigen Vielfachen von etwa 2,0 bezüglich des theoretischen dTv erhalten werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist demzufolge dahingehend zu sehen, das prinzipielle Problem der früheren Verfahren der Spannungssteuerung über die Spaltweite zu eliminieren, und zwar in einer Weise, die leicht sowohl bei neuen als auch bei bestehenden Walzwerkspannungssteuersystemen angewandt werden kann.
Während hier dasjenige dargestellt und beschrieben wurde, was derzeit angenommen ist, daß es die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, werden einfache Modifikationen für den Fachmann ersichtlich, ohne den Schutzumfang der Ansprüche zu verlassen. Beispielsweise ist, wahrend vorberechnete Abschätzungen des Scheinbandmoduls dTdVR beschrieben worden sind, eine on-line-Abschätzung dieser Variablen möglich, und zwar unter Verwendung von Schätzungsstrategien, die in der modernen Steuertheorie bekannt sind. Weiterhin kann, während das Signal dTv als Kombination von zwei Signalen dargestellt ist, es unmittelbar aus den Elementen abgeleitet werden, die zwei Signale umfassen. Die tatsächliche Wahl zwischen äquivalenten Strategien wird normalerweise von dem Computer und der Steuerhardware-Anordnung abhängen. Es ist deshalb nicht erforderlich, daß die Erfindung auf die spezielle Ausführung beschränkt wird, die dargestellt und beschrieben ist, und es ist beabsichtigt, mit den beigefügten Ansprüchen sämtliche Modifikationen, die innerhalb des allgemeinen Erfindungsgedankens fallen, wie sie beansprucht sind, einzuschließen.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung einer Zwischengestellbandspannung in einem Metallwalzwerk, das mindestens zwei Walzgestelle (1,2) aufweist, wobei jedes Walzgestell mindestens ein Paar von gegenüberliegenden Arbeitswalzen (3,4;6,7) zur Verringerung der Dicke eines Metallwerkstücks (14), das dazwischen hindurchgeführt wird, eine Spannungsermittlungseinrichtung (18) zur Ermittlung der Bandspannung zwischen benachbarten Gestelleinrichtungen (9,10) zur Ermittlung der Walzgeschwindigkeit jedes Gestells und Einrichtungen (5,8) zur Einstellung der Walzenspaltweite zwischen gegenüberliegenden Arbeitswalzen jedes Gestells besitzt, wobei das Verfahren folgende Merkmale umfaßt:

(a) Bildung eines ersten Steuersignals proportional zu den Abweichungen des tatsächlichen Geschwindigkeitsverhältnisses von benachbarten, einlaufseitigen und auslaufseitigen Walzgestellen von dem erwünschten Geschwindigkeitsverhältnis der benachbarten Gestelle;

(b) Bildung eines zweiten Steuersignals proportional zu den Werkstückspannungsabweichungen, die durch die Geschwindigkeitsverhältnisabweichungen erzeugt werden;

(c) Kombination des zweiten Steuersignals mit dem Zwischengestellspannungssignal von der Spannungsermittlungseinrichtung, um ein modifiziertes Spannungssignal zu bilden;

(d) Bildung eines Spannungsfehlersignals aus der Differenz zwischen der erwünschten Zwischengestellspannung und dem modifizierten Spannungssignal; und

(e) Einstellung der Walzenspaltweite des auslaufseitigen Gestells, um das Spannungsfehlersignal zu minimieren.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das zweite Steuersignal gemäß der Beziehung

dTv = dTdVR * dVR

wobei : dTv = geschwindigkeitsinduzierte Spannungsänderung

dVR = (V1 / V2) - (V1R / V2R)

V1 = Geschwindigkeit des Gestells 1

V2 = Geschwindigkeit des Gestells 2

V1R = Geschwindigkeitreferenz des Gestells 1

V2R = Geschwindigkeitreferenz des Gestells 2

dTdVR = Scheinbandmodul

gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Scheinbandmodul dTdVR, gemäß der Beziehung

dTdVR = 1 / (TERM1 + TERM2)

wobei: dtdVR = Scheinbandmodul

TERMI = dH / (h2 * (k - (B +F)/2)) * dG/(dG + dH)

TERM2 = 1 / (4 * U * k) * (dH / R').5

dh = Zug an dem Gestell 2

U = Reibungskoeffizient an dem Gestell 2

k = Fließspannung an dem Gestell 2

R' = deformierter Arbeitswalzenradius an dem Gestell 2

dG = Walzenspalt-Lastverformung an dem Gestell 2

B = Zwischengestellspannung

F = Ausgangsspannung an dem Gestell 2

h2 = Ausgangsspaltweite an dem Gestell 2

gebildet wird.

4. Verfahren zur Steuerung einer Zwischengestellbandspannung in einem Metallwalzwerk, das mindestens zwei Walzgestelle (1,2), wobei jedes mindestens ein Paar von gegenüberliegenden Arbeitswalzen (3,4;6,7) zur Verringerung der Dicke eines Metallwerkstücks (14), das dazwischen hindurchgeführt wird, eine Spannungsermittlungseinrichtung (18) zur Ermittlung der Bandspannung zwischen benachbarten Gestellen, Gestelleinrichtungen (9,10) zur Ermittlung der Walzgeschwindigkeit jedes Gestells, und eine Spannungssteuereinrichtung (11) zur Steuerung einer Spannung auf eine gewünschten Pegel durch Einstellung der Spaltweite zwischen gegenüberliegenden Arbeitswalzen des auslaufseitigen Gestells, wobei das Verfahren folgende Merkmale aufweist:

(a) Bildung eines ersten Steuersignals proportional zu Abweichungen des tatsächlichen Geschwindigkeitsverhältnisses von benachbarten, einlaufseitigen und auslaufseitigen Gestellen aus dem erwünschten Geschwindigkeitsverhältnis der benachbarten Gestelle;

(b) Bildung eines zweiten Steuersignals proportional zu den Werkstückspannungsabweichungen, die durch die Geschwindigkeitsverhältnisabweichungen gebildet werden;

(c) Bildung eines modifizierten Spannungssignals durch Kombination des zweiten Steuersignals mit dem Bandspannungssignal aus den Spannungsermittlungseinrichtungen;

(d) Ersetzen des Bandspannungssignals durch das modifizierte Spannungssignal für die Verwendung in der Spannungssteuereinrichtung.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei das zweite Steuersignal gemäß der Beziehung