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EP0763391B1 - Verfahren zur Kompensation von aus Horizontalbewegungen der Walzen resultierenden Kräften an Walzgerüsten - Google Patents

Verfahren zur Kompensation von aus Horizontalbewegungen der Walzen resultierenden Kräften an Walzgerüsten Download PDF

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EP0763391B1
EP0763391B1 EP96113055A EP96113055A EP0763391B1 EP 0763391 B1 EP0763391 B1 EP 0763391B1 EP 96113055 A EP96113055 A EP 96113055A EP 96113055 A EP96113055 A EP 96113055A EP 0763391 B1 EP0763391 B1 EP 0763391B1
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EP
European Patent Office
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forces
rolling
rolls
roll
axial forces
Prior art date
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Application number
EP96113055A
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Inventor
Wolfgang Prof. Dr. Rohde
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SMS Siemag AG
Original Assignee
SMS Demag AG
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Publication date
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Publication of EP0763391A1 publication Critical patent/EP0763391A1/de
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Publication of EP0763391B1 publication Critical patent/EP0763391B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B21B37/58—Roll-force control; Roll-gap control
    • B21B37/62—Roll-force control; Roll-gap control by control of a hydraulic adjusting device
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    • B21B37/28—Control of flatness or profile during rolling of strip, sheets or plates
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    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
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    • B21B38/105—Calibrating or presetting roll-gap
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    • B21B1/22—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length
    • B21B1/30—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length in a non-continuous process
    • B21B1/32—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length in a non-continuous process in reversing single stand mills, e.g. with intermediate storage reels for accumulating work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2273/00—Path parameters
    • B21B2273/04—Lateral deviation, meandering, camber of product

Definitions

  • the invention relates to a method for compensating forces or force components, resulting from horizontal movements of the rolls in roll stands for the hot and cold rolling of flat products, equipped with work rolls and with one or more backup rolls, with hydraulic adjustments and with Force measuring devices on the opposite side of the roll gap and with hydraulic devices for the horizontal displacement of the work rolls.
  • Figure 1 of the present application documents describes the basic problem of volatile and stray axial forces, for example on the upper one Back-up roller 1 of a four-high stand.
  • the horizontally acting forces T are line-volatile Vectors, that is, they can be shifted along their line of action become. It is therefore irrelevant on which side of the stand the roller is locked.
  • Such pairs of forces always arise from the axial force in the contact area to the neighboring roller.
  • the individual forces overlap and express themselves in different axial forces on all the rollers involved correspondingly difficult to overlook reaction forces in the roll stands.
  • reaction forces show in the roll stands extremely adverse effects.
  • the screwing direction of all the rollers involved also changes.
  • the rollers are running to the opposite side, which results in a reversal of the axial forces Has.
  • the reaction forces in the roll stands change accordingly with the result that the force measuring devices arranged in the stands Report changes that are not related to the actual rolling process stand.
  • the result is incorrect reactions of all control loops, which are carried out by the forces measured on the roll stands, such as the flatness control, the automatic calibration for parallel setting of the roll gap, the roll Alignment control to compensate for the effects of an off-center position of the Rolled product and other control loops, depending on the type of roll stand and the Rolled product.
  • the invention opens up the possibility of all in one roll stand occurring vagabond forces from horizontal movements of the Rolls to determine continuously and the resulting To compensate for force components in the measured rolling forces. Further Embodiments of the invention are the subject of claims 2 to 7.
  • Modern mill stands for cold and hot rolled flat products today almost exclusively with hydraulic adjustments 2 as Thickness control actuator equipped.
  • the pitch cylinders the hydraulic adjustment are above the upper one Back-up roll chocks 3 or below the lower back-up roll chocks 4.
  • Figure 2 shows an analysis of the forces in a roll stand. Recorded only the forces F from the rolling process and the axial forces T of the rollers. On the representation of balancing forces, Bending and weight forces have been omitted because of the compensation of these forces is known.
  • Figure 3 shows the composition of the equation set.
  • the derivation of a center deviation is of particular interest X for the position of the resulting rolling force in the roll gap (see Fig. 2).
  • This size can also be determined from the six measured values in the Derive rolling operation continuously.
  • the equation for the center deviation X is indicated in Fig. 3.
  • the size X can be used are used for automatic calibration, i.e. for the automatic Parallel positioning of the two work rolls by changing the rolls the stand is pre-tensioned with rolling rollers without rolling stock and the eccentricity X calculated from the six measured values becomes.
  • the Value X regulated to zero with the result of a flawless Parallel position of the upper and lower roller.
  • the center deviation X can be used to report such Events and used for a corresponding correction become.
  • the automatic calibration and monitoring of the rolling process can also take place in that instead of introducing a center deviation, the measured forces F 1 to F 4 are corrected (compensated) with the help of the calculable reaction forces from the axial forces.
  • the equations required for this for the sum of the reaction forces from all the rolls involved are indicated by R 1 to R 4 in FIG. 4.
  • the measured values F 1 to F 4 can be used in a manner known per se by forming the difference F 1 minus F 2 or F 3 minus F 4 for the roll calibration and for monitoring the rolling process.
  • Figure 4 shows the equation set for the reaction forces from the Axial forces and for the reaction forces from the eccentricity the rolling force.
  • FIG. 5 contains a calculation example with assumed roll stand data and rolling data and the data from them using the above Equations calculated roller axial forces and reaction forces.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation von Kräften bzw. Kraftanteilen, resultierend aus Horizontalbewegungen der Walzen in Walzgerüsten für das Warm- und Kaltwalzen von Flachprodukten, ausgerüstet mit Arbeitswalzen und mit einer oder mehreren Stützwalzen, mit hydraulischen Anstellungen und mit Kraftmesseinrichtungen auf der gegenüberliegenden Seite des Walzspaltes und mit hydraulischen Einrichtungen zur Horizontalverschiebung der Arbeitswalzen.
Bei der Walzung von Flachprodukten in Warm- und Kaltwalzanlagen besteht das Problem, daß alle beteiligten Walzen während des Walzprozesses in unterschiedlicher Richtung axial im Gerüst verlaufen und durch Andrücken an die jeweils vorhandenen Verriegelungen Axialkräfte erzeugen. Aus diesen Axialkräften entstehen mit der zugeordneten Reaktionskraft im Abstand von Walzmitte bis zur Berührung mit der Nachbarwalze freie Kräftepaare. Jedes dieser Kräftepaare bewirkt Reaktionskräfte in den Walzenlagern und damit in den beiden Ständerräumen des Gerüstes.
Es ist bereits Stand der Technik, im Gerüst entstehende vertikale Kräfte, beispielsweise Kräfte aus den Eigengewichten, der Walzenbalancierung und der Walzenbiegung rechnerisch oder meßtechnisch zu erfassen und bei der Messung der Kräfte in den beiden Walzenständern zu berücksichtigen. Solche Kompensationen werden jedoch für die Reaktionskräfte aus den beschriebenen Axialkräften der Walzen nicht durchgeführt.
In dem vorveröffentlichten Dokument GB 20 41 269 A wird ein Sechs-Walzengerüst beschrieben, bei welchem die Zwischenwalzen gegensinnig verschoben werden. Aus der Walzenverschiebung resultieren Kräfte und Momente, die auf das Walzgerüst einwirken und ausgeregelt werden müssen. Hierzu ist ein Regelkreis vorgesehen, bei welchem die Walzkräfte der unteren Stützwalze auf beiden Seiten gemessen werden und ein Mittelwert gebildet wird. Ferner werden die hydraulischen Kräfte der Verstellzylinder gemessen und gemittelt. Die gemittelten Kräfte werden gegebenenfalls unter Einbeziehung eines Sollwertes einem Regler zugeführt, der als Stellgröße die motorisch betätigte Anstellung der oberen Stützwalzen beeinflußt. Dabei kommt es nicht darauf an, ob die Anstellung der Stützwalzen elektromechanisch oder hydraulisch erfolgt. Eine Kompensation von linienflüchtigen und vagabundierenden Axialkräfte an den Walzen und deren Reaktionskräfte ist mit diesem vorbekannten Regelverfahren nicht beabsichtigt und nicht möglich.
Figur 1 der vorliegenden Anmeldungsunterlagen beschreibt das Grundproblem von linienflüchtigen und vagabundierenden Axialkräfte beispielhaft an der oberen Stützwalze 1 eines Quarto-Gerüstes. Die horizontal wirkenden Kräfte T sind linienflüchtige Vektoren, das heißt, sie können längs ihrer Wirkungslinie verschoben werden. Demzufolge ist es belanglos, auf welcher Seite des Gerüstes die Walze verriegelt ist. Grundsätzlich entstehen solche Kräftepaare immer durch die Axialkraft im Kontaktbereich zur Nachbarwalze. Die einzelnen Kräfte überlagern sich und äußern sich in unterschiedlichen Axialkräften an allen beteiligten Walzen mit entsprechend schwer zu übersehenden Reaktionskräften in den Walzenständern.
Insbesondere bei Reversiergerüsten zeigen die Reaktionskräfte in den Walzenständern außerordentlich nachteilige Wirkungen. Bei Umkehrung der Drehrichtung ändert sich auch die Schraubrichtung aller beteiligten Walzen. Die Walzen laufen zur jeweils gegenüberliegenden Seite, was eine Umkehr der Axialkräfte zur Folge hat. Die Reaktionskräfte in den Walzenständern ändern sich entsprechend, mit dem Ergebnis, daß die in den Ständern angeordneten Kraftmeßeinrichtungen Veränderungen melden, die mit dem eigentlichen Walzprozeß nicht in Verbindung stehen. Die Folge sind fehlerhafte Reaktionen aller Regelkreise, die von den in den Walzenständern gemessenen Kräften abhängen, wie die Planheitsregelung, die automatische Kalibrierung zur parallelen Einstellung des Walzspaltes, die Roll Alignment Control zur Kompensation der Wirkungen einer außermittigen Lage des Walzproduktes und weitere Regelkreise, je nach Art des Walzgerüstes und des Walzproduktes.
Es besteht die demzufolge die Aufgabe, die Reaktionskräfte in den Walzenständern ohne Einrichtung zusätzlicher Meßstellen im Walzgerüst mit ausreichender Sicherheit zu bestimmen.
Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einem Verfahren zur Kompensation von Kräften bzw. Kraftanteilen, resultierend aus Horizontalbewegungen der Walzen in Walzgerüsten gemäß der eingangs genannten Gattung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die Erfindung eröffnet die Möglichkeit, alle in einem Walzgerüst auftretenden, vagabundierenden Kräfte aus Horizontalbewegungen der Walzen kontinuierlich zu bestimmen und die hieraus resultierenden Kraftanteile in den gemessenen Walzkräften zu kompensieren. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 7.
Die Erfindung wird anhand der Fig. 2 bis Fig. 5 näher beschrieben.
Moderne Walzgerüste für kalt- und warmgewalzte Flachprodukte werden heute nahezu ausschließlich mit hydraulischen Anstellungen 2 als Stellglied für die Dickenregelung ausgerüstet. Die Anstellzylinder der hydraulischen Anstellung befinden sich oberhalb der oberen Stützwalzeneinbaustücke 3 oder unterhalb der unteren Stützwalzeneinbaustücke 4. In einer bevorzugten Ausführungsform befinden sich zusätzlich auf der vom Walzspalt her gesehen gegenüberliegenden Seite des Gerüstes in den beiden Walzenständern Kraftmeßeinrichtungen 5, mit denen die im Walzprozeß auftretenden Kräfte in den beiden Walzenständern kontinuierlich gemessen werden.
Die beiden Hydraulikzylinder der hydraulischen Anstellung liefern über den Hydraulikdruck in bevorzugter Weise zusätzliche Meßwerte für die Kräfte in den beiden Walzenständern, so daß insgesamt ohne zusätzlichen Aufwand Meßwerte für die Kräfte in den beiden Walzenständern oberhalb der oberen Stützwalzeneinbaustücke und unterhalb der unteren Stützwalzeneinbaustücke zur Verfügung stehen.
Ein weiteres Merkmal moderner Walzgerüste für das Warm- und Kaltwalzen von Flachprodukten sind verschiebbare Arbeitswalzen 6, z.B. für die Beeinflussung des Walzspaltprofils oder zur Vergleichmäßigung des Walzenverschleißes. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Verschieben der Arbeitswalzen 6 mit Hilfe von Hydraulikzylindern 7. Unabhängig davon, ob während einer Betriebsphase die beiden Arbeitswalzen verschoben werden oder sich in einer bestimmten Position befinden, entstehen in den Hydraulikzylindern 7 Drücke in Abhängigkeit von den von den Arbeitswalzen 6 ausgehenden Axialkräften. Die Axialkräfte der Arbeitswalzen können demzufolge in bevorzugter Weise ohne zusätzlichen Aufwand durch Druckmessung in den Verschiebezylindern bestimmt werden. Hiermit stehen insgesamt sechs Meßwerte für vertikale und horizontale Kräfte im Walzgerüst zur Verfügung.
Figur 2 zeigt eine Analyse der Kräfte in einem Walzgerüst. Aufgenommen wurden lediglich die Kräfte F aus dem Walzprozeß und die Axialkräfte T der Walzen. Auf die Darstellung von Balancierkräften, Biegekräften und Gewichtskräften wurde verzichtet, da die Kompensation dieser Kräfte bekannt ist.
Der Ansatz der Gleichgewichtsbedingungen für horizontale Kräfte T, vertikale Kräfte F und Momente M am oberen und unteren Walzensatz führt zu insgesamt sechs Gleichungen. Diese sechs nachfolgenden Gleichungen GL geben das Kräftegleichgewicht wie folgt wieder:
Gerüst oben
vertikale Kräfte F Fw - F1 - F2 = 0 GL (1)
horizontale Kräfte T Tw - T1 - T2 = 0 GL (2)
Momente M Fw·X - F1· a / 2 + F2· a / 2
- T2 (rA + rS) + Tw (2rA + rS) = 0		 GL (3)
Gerüst unten
vertikale Kräfte F Fw - F3 - F4 = 0 GL (4)
horizontale Kräfte T Tw + T3 + T4 = 0 GL (5)
Momente M Fw·X - F3· a / 2 + F4· a / 2
- T3 (rA + rS)- Tw (2rA + rS) = 0		 GL (6)
Aus diesen sechs Gleichungen lassen sich mit mathematischen Umformungen die Gleichungen für die von den Stützwalzen ausgehenden Kräfte T1 und T4 sowie die im Walzspalt auftretende Tangentialkraft Tw bestimmen. Damit sind alle im Gerüst auftretenden horizontal wirkenden Kräfte bekannt.
Figur 3 zeigt die Zusammenstellung des Gleichungssatzes.
Von besonderem Interesse ist die Ableitung einer Mittenabweichung X für die Lage der resultierenden Walzkraft im Walzspalt (vgl. Fig. 2). Diese Größe läßt sich ebenfalls aus den sechs Meßwerten im Walzbetrieb kontinuierlich ableiten. Die Gleichung für die Mittenabweichung X ist in Fig. 3 angegeben. Die Größe X kann herangezogen werden für die automatische Kalibrierung, d.h. für das automatische Parallelstellen der beiden Arbeitswalzen, indem nach einem Walzenwechsel das Gerüst ohne Walzgut mit drehenden Walzen vorgespannt und die aus den sechs Meßwerten errechnete Außermittigkeit X errechnet wird. Durch Schwenken mit der hydraulischen Anstellung wird der Wert X auf Null geregelt mit dem Ergebnis einer einwandfreien Parallellage von oberer und unterer Walze.
Eine weitere Verwendung der Mittenabweichung X ist die Überwachung des Walzprozesses, insbesondere bei Reversiergerüsten, bei denen ein Verlaufen des Bandes bzw. des Bleches aus der Gerüstmitte eintreten kann. Die Mittenabweichung X kann zur Meldung solcher Ereignisse und zu einer entsprechenden Korrektur herangezogen werden.
Selbstverständlich kann die automatische Kalibrierung und Überwachung des Walzprozesses auch dadurch erfolgen, daß anstelle der Einführung einer Mittenabweichung eine Korrektur (Kompensation) der gemessenen Kräfte F1 bis F4 mit Hilfe der errechenbaren Reaktionskräfte aus den Axialkräften erfolgt. Die hierzu erforderlichen Gleichungen für die Summe der Reaktionskräfte aus allen beteiligten Walzen sind mit R1 bis R4 in Figur 4 angegeben. Nach einer solchen Kompensation können die Meßwerte F1 bis F4 in an sich bekannter Weise durch Differenzbildung F1 minus F2 bzw. F3 minus F4 für die Walzenkalibrierung und für die Überwachung des Walzprozesses herangezogen werden.
In den Gleichungen zur Bestimmung der Walzen-Axialkräfte und der Außermittigkeit zeigt sich als besonders vorteilhaft, daß die Meßwerte für die Axialkräfte im oberen bzw. unteren Gerüstbereich immer als Differenzwerte in die Auswertung eingehen. Dies hat zur Folge, daß die in den Meßwerten enthaltenen Reibungskräfte, insbesondere bei den Meßwerten aus den Anstellzylindern nicht in die Auswertung eingehen, soweit die Reibungskräfte auf beiden Gerüstseiten gleich groß sind. Dies gilt für eine Aufnahme der Meßwerte während beidseitiger Zufahrbewegungen oder beidseitiger Auf fahrbewegungen der hydraulischen Anstellungen. Bei einer Schwenkbewegung würden sich die Reibungskräfte beider Gerüstseiten addieren. Die Meßwertaufnahme während einer Schwenkbewegung ist deshalb im betrieblichen Ablauf zu unterdrücken.
Als vorteilhaft erweist sich auch die Nutzung der gemessenen und errechneten Axialkräfte T1 bis T4 und Tw zur Überwachung des Erhaltungszustandes und der einwandfreien Walzenschliffe. Hoher Verschleißzustand und Fehler im Walzenschliff erhöhen die Verschränkung der Walzen zueinander und führen zu erhöhten Axialkräften. Die Anzeige dieser Kräfte ist demzufolge ein hervorragendes Mittel zur kontinuierlichen Überwachung des Walzwerks.
Figur 4 zeigt den Gleichungssatz für die Reaktionskräfte aus den Axialkräften und für die Reaktionskräfte aus der Außermittigkeit der Walzkraft.
Figur 5 enthält ein Rechenbeispiel mit angenommenen Walzgerüstdaten und Walzdaten und den hieraus mit Hilfe der oben angegebenen Gleichungen errechneten Walzen-Axialkräfte und Reaktionskräfte.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Kompensation von Kräften bzw. Kraftanteilen (T), resultierend aus Horizontalbewegungen der Walzen in Walzgerüsten für das Warm- und Kaltwalzen von Flachprodukten, ausgerüstet mit Arbeitswalzen (6) und mit einer oder mehreren Stützwalzen (1), mit hydraulischen Anstellungen (2) und mit Kraftmeßeinrichtungen (5) auf der gegenüberliegenden Seite des Walzspaltes und mit hydraulischen Einrichtungen (7) zur Horizontalverschiebung der Arbeitswalzen (6),
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Drücke in den beiden Anstellzylindern (2) zur Bestimmung der Walzkräfte (F) auf einer Seite des Walzspaltes und die angezeigten Kräfte der Kraftmeßeinrichtungen (5) zur Bestimmung der Walzkräfte auf der gegenüberliegenden Seite des Walzspaltes herangezogen werden, und daß unter Einbeziehung der über die Drücke in den Verschiebezylindern (7) der Arbeitswalzen (6) bestimmbaren Arbeitswalzen-Axialkräfte (T) sämtliche Axialkräfte im Gerüst während des Walzbetriebes rechnerisch bestimmt werden und
    aus den gemessenen und errechneten Axialkräften (T) der Walzen Korrekturwerte für die Walzkraftanzeigen (F) in den beiden Walzenständern abgeleitet werden, um die Reaktionskräfte (R) der Axialkräfte (T) zu kompensieren, wobei
    die aus den Axialkräften (T) resultierenden Reaktionskräfte (R) in den beiden Walzenständern zugeordneten Dehnungen rechnerisch bestimmt und durch entsprechende Zustellung der hydraulischen Anstellungen (2) kompensiert werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß aus den vier gemessenen Walzkräften (F1 bis F4) und den zwei gemessenen Axialkräften (T2, T3) rechnerisch die aktuelle Außermittigkeit (x) der Walzkraft (Fw) bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die errechnete Außermittigkeit (x) der Walzkraft (Fw) bei der Kalibrierung des Walzgerüstes zum Parallelstellen der Walzen (1, 6) auf Null geregelt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß bei Durchführung der automatischen Kalibrierung die sechs Meßwerte für Walzkräfte (F1 bis F4) und Axialkräfte (T2, T3) nur während einer auf beiden Gerüstseiten ausgeführten gleichgerichteten Verstellbewegung aufgenommen werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die gemessenen und errechneten Axialkräfte (T1 bis T4) und die Tangentialkraft (Tw) im Walzspalt zur Überwachung des Erhaltungszustandes kontinuierlich angezeigt werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß nach Kompensation der Walzkraftanzeigen (F1 bis F4) mit den aus den Axialkräften (T1 bis T4) errechneten Reaktionskräften (R) die verbleibende Differenz der Walzkraftanzeigen im oberen bzw. unteren Teil des Gerüstes zum Parallelstellen der Walzen auf Null geregelt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß nach Kompensation der Walzkraftanzeigen (F1 bis F2) mit den aus den Axialkräften (T1 bis T4) errechneten Reaktionskräften (R) die verbleibende Differenz der Walzkraftanzeigen im oberen bzw. unteren Teil des Gerüstes zur kontinuierlichen Überwachung des Walzprozesses herangezogen wird.
EP96113055A 1995-08-18 1996-08-14 Verfahren zur Kompensation von aus Horizontalbewegungen der Walzen resultierenden Kräften an Walzgerüsten Expired - Lifetime EP0763391B1 (de)

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