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EP0591291B1 - Regelung bei dem herstellen von warmband mittels eines mehrgerüstigen warmbandwalzwerks - Google Patents

Regelung bei dem herstellen von warmband mittels eines mehrgerüstigen warmbandwalzwerks Download PDF

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EP0591291B1
EP0591291B1 EP92912619A EP92912619A EP0591291B1 EP 0591291 B1 EP0591291 B1 EP 0591291B1 EP 92912619 A EP92912619 A EP 92912619A EP 92912619 A EP92912619 A EP 92912619A EP 0591291 B1 EP0591291 B1 EP 0591291B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
individual
tolerance range
control system
roll
control line
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP92912619A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0591291A1 (de
Inventor
Günther SÖRGEL
Friedemann Schmid
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=8206876&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP0591291(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP92912619A priority Critical patent/EP0591291B1/de
Publication of EP0591291A1 publication Critical patent/EP0591291A1/de
Application granted granted Critical
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Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/28—Control of flatness or profile during rolling of strip, sheets or plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/16—Control of thickness, width, diameter or other transverse dimensions

Definitions

  • the invention relates to a regulation according to the preamble features of patent claim 1.
  • the aim is to achieve the required profile formation and flatness of the strips produced by using a small number of simple rolling stands without complex mechanical roller actuators. If roller actuators are unavoidable, these actuators should be simple and limited to just a few stands. Especially for hot strip mills, which are designed according to these criteria, there has been no real possibility to optimize the thickness profile. A stitch schedule based on empirical values is still common.
  • a suitable distribution of the distribution of the rolling forces is first selected from a series of standardized distribution of the rolling forces based on the experience of the rolling mill operator and then checked as part of a model calculation as to whether limit values for the rolling forces and critical flatness indices, which are also specified by the experienced operator, are exceeded.
  • modernization of old rolling mills should also be possible with the control according to the invention, without the rolling mills having to be converted or provided with a large number of complex measuring devices and adjusting elements on the rolling stands.
  • the physical conditions of a rolling mill can advantageously be used for control and calculation purposes in order to optimize it , and not just to commit to a predetermined straight line.
  • the optimization computer carries out a quick calculation of the load distribution options for a rolling and can do that Clarify the question of whether and with which load distribution the required profile can be reached at the target thickness or whether the target thickness or profile cannot be achieved for the given rolling mill. If necessary, if the calculation on the optimization computer shows that the target profile or target thickness cannot be reached, the boundary conditions have to be changed or additional actuators have to be provided and used for the roll stands. The influencing of the profile and the final thickness by roller actuators is known to the rolling mill operator.
  • the rolls of the individual stands of a rolling mill, 1 the rolled strip, and 3 the measuring devices and sensors for the individual rolls 1 and their drives, as well as for other function modules, e.g. for the roll gap, etc.
  • the regulators and stellators for the rollers are designated 3a.
  • the measured values of the measuring devices and sensors 3 are given to a measured value adaptation 4, after which they reach the statistical measured value backup 5.
  • the stitch schedule recalculation 6 and the are carried out with these values Adaptation of the algorithms used for the recalculation of the pass schedule in 7.
  • the values from 7 are transferred to the pass schedule calculation in 9, which determines, among other things, the rolling force, the rolling moment, in particular the profile, but also the position.
  • the pass schedule data includes the rolling strategy data summarized in Part 8, which results in particular from the type of material, the finished thickness and the target profile as well as other operator and computer data. From the pass schedule calculation 9, the setpoint values result, which are calculated in 10 and which are specified for the individual controllers and actuators for the individual operating point controllers.
  • FIG. 1 The functional blocks shown in FIG. 1 are advantageously combined in one computer, but processing can also take place in separate computers or separate parts of a computer.
  • Corresponding computers in which the computing processes for the individual controllers can also run are known from publications, brochures, manuals etc. by the applicant. Their programming and the parameterization of the individual controllers result from the operating manuals.
  • 11 denotes a lower work roll
  • 12 an upper work roll
  • 13 the rolled strip.
  • the schematic representation does not take into account the roll bending opposite to the strip shape shown due to the influence of the rolling force, but does reflect the generally spherical design (crowning) of the work rolls.
  • the strip has an edge thickness D R and a medium thickness D M , the edge thickness, for example (C40), being measured at the strip edge used.
  • the profile value for the invoice results from the relationship It is usually specified in um.
  • the respective special profile training is based on the requirements of the downstream cold rolling mill or the requirements on the hot strip produced.
  • 14 denotes the shape control straight line with the lower tolerance limit 15 and the upper tolerance limit 16.
  • points 17 and 18 which are in the range of the critical thickness, below which the material flow in the width direction can only take place to a very limited extent, the slope changes the limit curves 15 and 16.
  • the profile funnel resulting from the limit curves 15 and 16 has the symmetrical tolerance limit angle ⁇ in the area below the critical thickness and the tolerance limit angle ⁇ above and above the critical thickness ⁇ 2nd downward. This simplification is particularly cheap from a computational point of view and is sufficiently precise.
  • the shape control straight line 14 extends through the zero point in its extension.
  • the operating points can be moved within the tolerance limit curves 15 and 16.
  • the target profile and final thickness define the shape control straight line 14.
  • the rolling force is the main influencing factor on the pass reduction, the other rolling influencing factors, on the other hand, decrease and only represent auxiliary variables. A redistribution of the rolling force thus represents the essential control element for the profile and the thickness achieved. the required total acceptance.
  • the strip profile achieved has a direct effect on the strip flatness during further processing, so that this too is determined by strip thickness and strip profile with only a few possibilities of influence.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Manufacturing And Processing Devices For Dough (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Regelung gemäß den Oberbegriffsmerkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Eine derartige Regelung ist aus der DE-B-2 106 848 bekannt.
  • Bei Warmbandwalzwerken ist es das Bestreben, die geforderte Profilausbildung und Planheit der erzeugten Bänder durch eine kleine Zahl einfacher Walzgerüste ohne aufwendige mechanische Walzen-Stellglieder zu erreichen. Falls Walzen-Stellglieder unvermeidbar sind, sollen diese Stellglieder einfach und nur auf wenige Gerüste beschrankt sein. Insbesondere für Warmbreitbandstraßen, die nach diesen Kriterien ausgelegt sind, gab es bisher keine echte Möglichkeit, das Dickenprofil zu optimieren. Eine Stichplangestaltung anhand von Erfahrungswerten ist nach wie vor üblich. So wird bei der aus der DE-B-2 106 848 bekannten Regelung basierend auf der Erfahrung des Walzstraßenbedieners zunächst aus einer Serie von standardisiert vorgegebenen Verteilungen der Walzkräfte eine geeignete Walzkraftverteilung ausgewählt und anschließend im Rahmen einer Modellrechnung daraufhin überprüft, ob Grenzwerte für die Walzkräfte und kritische Ebenheitsindices, die ebenfalls von dem erfahrenen Bediener vorgegeben werden, überschritten werden.
  • Aus der EP-A-0 121 148 ist eine Profil- und Planheitsregelung für Warmband-Tandemstraßen bekannt, bei der das Bandprofil bei der kritischen Dicke, unterhalb derer keine wesentliche Umformung des Walzbandes in Richtung der Breite mehr erzielbar ist, als Grundlage einer aufwendigen Planheits- und Profilausbildungsregelung des Warmbandes verwendet. wird. Eine gleichwirkende Regelung offenbart auch die DE-A-27 36 234. Walzstraßen mit den vorgenannten Regelungen benötigen eine Vielzahl von Dicken, Profil- und Planheitsmeßgeräten im Verlauf der Walzstraße sowie aufwendige Gerüstregelungen. Die Gesamtkosten einer derartig geregelten Warmband-, insbesondere Breitbandstraße, sind hoch. Sowohl die Meßgeräte als auch die Walzenstellglieder sind wartungsaufwendig und erhöhen den Betriebsaufwand beträchtlich.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Regelung für das Herstellen von Warmband mittels eines mehrgerüstigen Warmbandwalzwerks, insbesondere eines Breitbandwalzwerks, anzugeben, die durch Modellberechnungen, insbesondere durch selbstadaptionsfähige Modellberechnungen, mit einem Minimum an Aufwand zu toleranzgerechten Walzbändern führt. Insbesondere soll auch eine Modernisierung alter Walzstraßen mit der erfindungsgemäßen Regelung möglich sein, ohne daß hierzu die Walzstraßen umgebaut oder mit einer Vielzahl von aufwendigen Meßgeräten und Stellelementen an den Walzgerüsten versehen werden müssen.
  • Die Lösung der Aufgabe gelingt durch eine Regelung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Unter Benutzung einer, dem Walzwerker aus langjähriger Erfahrung prinzipiell vertrauten Rechentechnik, ist es so, vorteilhaft walzwerkstechnisch einfach, möglich, die geforderten Profil- und Planheitswerte weitestgehend nur durch Einflußnahme auf die Haupteinflußgröße des Walzprozesses, die Aufteilung der erforderlichen Summenwalzkraft auf die Einzelgerüste, zu erreichen. Überraschenderweise ist die passende Lastverteilung durch die Benutzung einer Formsteuerungsgeraden für das erforderliche Adaptionsmodell erreichbar. Zusammen mit weiteren Maßnahmen, die mit der primären Maßnahme der Regelung durch passende Lastverteilung zusammenwirken, wird das geforderte Profil für Bänder mit unterschiedlichen Walztemperaturen, Profilausbildungen, Enddicken etc. erreicht. So kann die erfindungsgemäße Regel- und Rechentechnik den "Hardware"-Aufwand in der Walztechnik bei gleichzeitig höherer Flexibilität nicht unerheblich senken.
  • Da der überraschenderweise vorhandene, ausnutzungsfähige Toleranzbereich der Formsteuerungsgeraden unterhalb der kritischen Dicke, unter der sich eine relative Profilkonstanz ergibt, klein und oberhalb der kritischen Dicke größer ist, kann vorteilhaft von den physikalischen Gegebenheiten einer Walzstraße regel- und rechentechnisch Gebrauch gemacht werden, um eine Optimierung, und nicht nur eine Festlegung auf eine vorherbestimmte Gerade, zu erreichen.
  • Bei den in den Ansprüchen 2, 3 und 4 angegebenen Ausgestaltungen der Erfindung erhält man vorteilhaft einfach einen den physikalischen Gegebenheiten im Walzwerk angepaßten Optimierungsbereich für die Lastverteilungsberechnung in dem die Formsteuerungsgerade verschwenkt oder auf andere Weise geändert werden kann. Innerhalb des Toleranzbereichs führt der Optimierungsrechner eine schnelle Berechnung der Lastverteilungsmöglichkeiten für eine Walzung durch und kann die Frage klären, ob und bei welcher Lastverteilung das geforderte Profil bei Solldicke erreichbar ist oder ob Solldicke oder Profil für die gegebene Walzstraße so nicht erreichbar sind. Gegebenenfalls müssen, wenn die Berechnung auf dem Optimierungsrechner zeigt, daß Sollprofil oder Solldicke nicht erreichbar sind, die Randbedingungen geändert werden oder zusätzliche Stellglieder für die Walzgerüste vorgesehen und eingesetzt werden. Die Beeinflussung des Profils und der Enddicke durch Walzen-Stellglieder sind dem Walzwerker bekannt.
  • Wenn sich bei der Berechnung Betriebspunkte außerhalb des Profiltrichters ergeben, erfolgt eine Neuberechnung mit neuen Lastverteilungsannahmen, bis alle Betriebspunkte im Toleranzbereich liegen. Wenn die Optimierungsrechnung ergibt, daß zusätzlich zur Änderung der Lastverteilung auf die Einzelgerüste zur Einhaltung des Toleranzbereichs der Formsteuerungsgeraden zusätzliche Einflüsse auf den Walzprozeß wirken müssen, erfolgt dies vorteilhaft durch Beeinflussung der Walzenrückbiegung, der Walzenverschiebung und/oder -schränkung und/oder durch eine Beeinflussung der thermischen Balligkeit, etwa durch Kühlung oder auch durch hydraulische oder thermische Beeinflussung. Auch eine Walzenschliffänderung kann sich als Folge der Optimierungsrechnung im Zusammenhang mit dem Toleranzbereich ergeben. Dabei ist es vorteilhaft, die Walzenverschleißeinflüsse laufend auszugleichen.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, anhand der Zeichnung und in Verbindung mit den Unteransprüchen. Im einzelnen zeigen:
    • FIG 1
    eine schematisiert dargestellte Walzstraße mit Angabe der Regelungsstruktur und der wichtigsten Einzelgrößen,
    FIG 2
    die schematisiert dargestellten Arbeitswalzen eines Walzgerüsts und
    FIG 3
    eine Darstellung der Formsteuerungsgeraden und ihres Toleranzbereichs.
  • In FIG 1 sind mit 1 die Walzen der einzelnen Gerüste einer Walzstraße, mit 2 das gewalzte Band und mit 3 die Meßgeräte und Sensoren für die einzelnen Walzen 1 und ihre Antriebe sowie für andere Funktionsbausteine, z.B. für den Walzspalt etc., bezeichnet. Die Regler und Stellatoren für die Walzen sind mit 3a bezeichnet.
  • Die Meßwerte der Meßgeräte und Sensoren 3 werden einer Meßwertanpassung 4 aufgegeben, wonach sie in die statistische Meßwertsicherung 5 Gelangen. Mit diesen Werten erfolgt die Stichplannachberechnung 6 sowie die Adaption der für die Stichplannachberechnung verwendeten Algorithmen in 7. Die Werte aus 7 werden in 9 in die Stichplanberechnung übernommen, die unter anderem die Walzkraft, das Walzmoment, insbesondere das Profil, aber auch die Anstellung festlegt. In die Stichplanberechnung gehen die in Teil 8 zusammengefaßten Daten der Walzstrategie ein, die sich insbesondere aus der Materialart, der Fertigdicke und dem Sollprofil sowie weiteren Bediener- und Rechnerdaten ergibt. Aus der Stichplanberechnung 9 ergeben sich die Sollwertvorgabewerte, die in 10 errechnet werden und den Einzelreolern und Stellatoren für die einzelnen Betriebspunktregler vorgegeben werden.
  • Die in FIG 1 dargestellten Funktionsblöcke sind vorteilhaft in einem Rechner zusammengefaßt, es kann aber auch eine Verarbeitung in getrennten Rechnern oder getrennten Teilen eines Rechners erfolgen. Entsprechende Rechner, in denen auch die Rechenvorgänge für die Einzelregler ablaufen können, sind aus Veröffentlichungen, Prospekten, Handbüchern etc. des Anmelders bekannt. Ihre Programmierung sowie die Parametrierung der Einzelregler ergibt sich aus den Betriebshandbüchern.
  • In FIG 2 bezeichnet 11 eine untere Arbeitswalze, 12 eine obere Arbeitswalze und 13 das gewalzte Band. Die schematische Darstellung berücksichtigt nicht die der gezeigten Bandform entgegengesetzte Walzenbiegung durch den Einfluß der Walzkraft, gibt aber die prinzipiell ballige Ausführung (Bombierung) der Arbeitswalzen wieder. Das Band hat eine Randdicke DR und eine Mitteldicke DM, wobei die Randdicke z.B. (C₄₀) an der verwerteten Bandkante gemessen wird. Der Profilwert für die Rechnung ergibt sich nach der Beziehung
    Figure imgb0001
    Er wird normalerweise in Um angegeben. Die jeweilige spezielle Profilausbildung richtet sich nach den Anforderungen der nachgeschalteten Kaltwalzstraße bzw. nach den Anforderungen an das erzeugte Warmband.
  • In FIG 3 bezeichnet 14 die Formsteuerungsgerade mit der unteren Toleranzgrenze 15 und der oberen Toleranzgrenze 16. In den Punkten 17 und 18, die im Bereich der kritischen Dicke liegen, unterhalb derer der Materialfluß in Breitenrichtung nur noch sehr begrenzt stattfinden kann, ändert sich die Steigung der Grenzkurven 15 und 16. Der sich aus den Grenzkurven 15 und 16 ergebende Profiltrichter hat im Bereich unter der kritischen Dicke den symmetrischen Toleranz- Grenzenwinkel β und oberhalb der kritischen Dicke den Toleranz-Grenzenwinkel α nach oben and α 2
    Figure imgb0002
     nach unten. Diese Vereinfachung ist rechentechnisch besonders günstig und dabei ausreichend genau.
  • Wie ersichtlich verläuft die Formsteuerungsgerade 14 in ihrer Verlängerung durch den Nullpunkt. Die Betriebspunkte können innerhalb der Toleranz-Grenzkurven 15 und 16 bewegt werden. Sollprofil und Enddicke legen die Formsteuerungsgerade 14 fest. Die Walzkraft ist die Haupteinflußgröße auf die Stichabnahme, die anderen walztechnischen Einflußgrößen treten demgegenüber zurück und stellen nur Hilfsgrößen dar. Eine Umverteilung der Walzkraft stellt also das wesentliche Stellglied für das erreichte Profil und die Dicke dar. Grundbedingung ist dabei die Einhaltung der Summenwalzkraft, d.h. der geforderten Gesamtabnahme.
  • Unterhalb der kritischen Dicke wirkt das erreichte Bandprofil direkt auf die Bandplanheit bei der Weiterverarbeitung, so daß auch diese durch Banddicke und Bandprofil mit nur geringen Einflußmöglichkeiten vorgegeben ist.

Claims (8)

  1. Regelung bei dem Herstellen von Warmband mittels eines mehrgerüstigen Warmbandwalzwerks, das ein übergeordnetes Prozeßleitsystem, dem ein Stichplan mit den Anfangs- und Endabmessungen, mit Materialdaten und Walztemperaturen vorgegeben wird und ein Führungssystem zur Sollwertführung untergeordneter, entkoppelter Einzelregler für die variablen Funktionsgrößen der einzelnen Walzgerüste, z.B. Walzeneinstellung, Drehzahl, Drehmoment aufweist, wobei durch einen Rechenvorgang über Modellgleichungen unter konvergierender Parameteranpassung an die tatsachlichen Parameter die Sollwerte der Einzelregler derart bestimmt werden, daß sich eine vorherbestimmbare Betriebspunkt-Regelung ergibt und wobei eine Profilsteuerung und -regelung durch Änderung der Lastverteilung auf die Einzelgerüste erfolgt,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Profilsteuerung und -regelung ausgehend von einer Formsteuerungsgeraden (14), die im Profil-Dicken-Diagramm durch den Nullpunkt und das Sollprofil und die Enddicke des Warmbandes (2,13) festgelegt ist, die Betriebspunkte der Einzelgerüste in der Weise bestimmt werden, daß sie in einem vorbestimmten Toleranzbereich der Formsteuerungsgeraden (14) liegen, wobei der Toleranzbereich unterhalb der kritischen Dicke, unterhalb derer der Materialfluß im Warmband (2, 13) in Breitenrichtung nur begrenzt stattfinden kann, klein und oberhalb der kritischen Dicke großer ist.
  2. Regelung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Grenzen (15, 16) des Toleranzbereichs unterhalb der kritischen Dicke in einem kleinen Abweichungswinkel (β) und oberhalb der kritischen Dicke in einem größeren Abweichungswinkel (α) zur Formsteuerungsgeraden (14) verlaufen.
  3. Regelung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Grenzen (15, 16) des Toleranzbereichs unterhalb der kritischen Dicke symmetrisch und oberhalb der kritischen Dicke unsymmetrisch zur Formsteuerungsgeraden (14) verlaufen.
  4. Regelung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß oberhalb der kritischen Dicke das Verhältnis der Abweichungen der Grenzen (15, 16) von der Formsteuerungsgeraden (14) nach oben und unten 2:1 beträgt.
  5. Regelung nach einem der vorangehenden Anasprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Sollprofil neu berechnet wird, wenn sich Betriebspunkte außerhalb des Toleranzbereichs ergeben.
  6. Regelung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zusätzlich zur Änderung der Lastverteilung auf die Einzelgerüste zur Einhaltung des Toleranzbereichs der Formsteuerungsgeraden (14) eine Beeinflussung der Walzenrückbiegung erfolgt.
  7. Regelung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zusätzlich zur Änderung der Lastverteilung auf die Einzelgerüste zur Einhaltung des Toleranzbereichs der Formsteuerungsgeraden (14) eine Beeinflussung der Walzenverschiebung und/oder -schränkung erfolgt.
  8. Regelung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zusätzlich zur Änderung der Lastverteilung auf die Einzelgerüste zur Einhaltung des Toleranzbereichs der Formsteuerungsgeraden (14) eine Walzenschliffänderung und/oder eine Beeinflussung der thermischen Balligkeitsänderung erfolgt.
EP92912619A 1991-06-28 1992-06-16 Regelung bei dem herstellen von warmband mittels eines mehrgerüstigen warmbandwalzwerks Expired - Lifetime EP0591291B1 (de)

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