DE102010014867A1

DE102010014867A1 - Verfahren zum Bereitstellen mindestens einer Arbeitswalze zum Walzen eines Walzguts

Info

Publication number: DE102010014867A1
Application number: DE102010014867A
Authority: DE
Inventors: Ralf Wachsmann
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2009-04-17
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2010-11-18
Also published as: ZA201102662B; AU2010237331B2; RU2011127006A; AU2010237331A1; WO2010118862A9; CN102395434B; WO2010118862A3; UA100086C2; KR101299955B1; US20120000263A1; JP5679994B2; RU2487770C2; CA2743400C; CA2743400A1; CN102395434A; EP2419226B1; EG26541A; WO2010118862A2; JP2012516777A; MX2011005506A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen mindestens einer Arbeitswalze (1, 2) zum Walzen eines bandförmigen Walzguts (3), wobei die Arbeitswalze (1, 2) vorgesehen ist, um mit einer zweiten Walze (4, 5), insbesondere mit einer Zwischen- oder Stützwalze, zusammenzuwirken und von dieser abgestützt zu werden, wobei die zweite Walze (4, 5) in ihren axialen Endbereichen einen Rückschliff (6) aufweist. Um die Qualität eines gewalzten Bandes zu erhöhen, sieht das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte vor: a) Berechnung des sich ergebenden Walzspaltprofils zwischen zwei zusammenwirkenden Arbeitswalzen (1, 2), wobei eine definierte Breite (B) des Walzguts (3) zugrunde gelegt wird, die sich zumindest teilweise in den Bereich des Rückschliffs (6) der zweiten Walze (4, 5) erstreckt; b) Definition einer gewünschten Walzgutkontur, die durch den Walzvorgang beim Passieren der Arbeitswalzen (1, 2) erzeugt werden soll; c) Berechnung eines Kompensationsschliffs für die Arbeitswalze (1, 2) durch Subtraktion der gemäß Schritt b) definierten Walzgutkontur von dem Walzspaltprofil gemäß Schritt a) und Multiplikation der berechneten Differenz mit einem Dämpfungsfaktor (K); d) zumindest anteiliges Aufbringen des gemäß Schritt c) berechneten Kompensationsschliffs auf mindestens eine Arbeitswalze (1, 2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen mindestens einer Arbeitswalze zum Walzen eines vorzugsweise bandförmigen Walzguts, wobei die Arbeitswalze vorgesehen ist, um mit einer zweiten Walze, insbesondere mit einer Zwischen- oder Stützwalze, zusammenzuwirken und von dieser abgestützt zu werden, wobei die zweite Walze in ihren axialen Endbereichen einen Rückschliff aufweist.
Insbesondere beim Walzen sehr breiter Bleche (z. B. über 3.000 mm Breite) treten mitunter unerwünschte Profilformen im Band auf, namentlich W-förmige Profile und Wulstbildungen in Kantennähe sowie Planheitsdefekte (Viertelwellen) am Endprodukt.
Dies kann unter anderem darauf zurückgeführt werden, dass es beim Walzen von breiten Bändern oder Blechen vorkommt, dass sich die äußeren Bereiche des Walzguts im Bereich des Stützwalzen- bzw. Zwischenwalzen-Rückschliffs befinden oder im Falle verlängerter Arbeitswalzen sogar außerhalb der Stützwalzen- bzw. Zwischenwalzen-Ballenkanten liegen. Die Arbeitswalze biegt sich in diesen Bereichen zurück, so dass es im Walzspalt aufgrund dessen zu einer nicht-parabolischen Profilform kommen kann, nämlich z. B. zu der genannten Wulstbildung. Hohe Walzkräfte und Arbeitswalzen-Biegekräfte können diesen Effekt noch verstärken.
Walzgutprofile, d. h. die Verteilung der Dicke des Walzgutes über dessen Breite, die stark von der parabolischen Form abweichen, sind in der Regel unerwünscht, da dieselben zu Unplanheiten im Walzprozess oder in den nachgeschalteten Prozessen führen können. Zudem kann die Maßhaltigkeit des Produkts hierdurch verschlechtert werden.
Das Aufbringen von Walzenschliffen auf die Arbeitswalze zur gezielten Beeinflussung des Walzspaltprofils ist bekannt. Beispielsweise wird auf die EP 0 294 544 B1 verwiesen, in der vorgesehen ist, dass die Arbeitswalze mit einem Profil versehen wird, das mit einem Polynom beschrieben wird. In der EP 1 307 302 B1 wird eine ähnliche Lösung vorgeschlagen, wobei hier ein sog. CVC-Profil vorgesehen ist. Weitere ähnliche bzw. auch andere Lösungen sind in der EP 1 703 999 B1 , in der EP 0 937 515 B1 , in der JP 3032412 A , in der JP 9253726 A , in der DE 39 19 285 A1 , in der JP 8332509 A , in der JP 6015322 A und in der JP 2179308 A offenbart. Bei den auf die Arbeitswalze aufgebrachten Profilen handelt es sich also um parabolische Konturen oder um durch Polynome beschriebene Konturen. Im letztgenannten Falle werden bei einer vorhandenen axialen Arbeitswalzen-Verschiebeeinrichtung und Nutzung der Verschiebung als Profilstellglied die S-förmigen Konturen, die durch die genannten Polynome beschrieben werden, auf die Walze aufgebracht (CVC-Schliff).
Auch das Aufbringen von speziellen Konturen zur Verminderung der Kantenanschärfung oder zur Verminderung von Wulstbildungen ist bekannt. Das Ziel ist hierbei die Beeinflussung der Walzgut-Profilkontur im direkten Kantenbereich, um Effekte der Arbeitswalzen-Abplattung im Walzspalt bzw. der thermischen Expansion der Arbeitswalze auf das Walzspaltprofil zu kompensieren.
Konkrete Hinweise darauf, wie trotz Ausstattung von Stütz- oder Zwischenwalzen mit einem Rückschliff ein gutes Walzergebnis erzielt werden kann, finden sich im genannten Stand der Technik nicht. Gerade hierdurch ergeben sich aber insbesondere bei sehr breiten Bändern die oben genannten Probleme.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bereitstellen einer Arbeitswalze gemäß der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit dem es möglich ist, auch bei entsprechendem Rückschliff der Stütz- bzw. Zwischenwalze ein optimales Walzen zu ermöglichen, d. h. ein Band zu walzen, das sich durch eine hohe Qualität und die gewünschte Form auszeichnet. Demgemäß sollen unerwünschte nicht-parabolische Effekte des Stützwalzen- bzw. Zwischenwalzenrückschliffs auf die Walzspaltprofilform weitgehend kompensiert werden. Die Ausstattung der Arbeitswalzen mit einem speziellen Schliff (z. B. CVC-Schliff) soll nicht beeinträchtigt werden.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum Bereitstellen mindestens einer Arbeitswalze zum Walzen eines bandförmigen Walzguts die Schritte aufweist:

a) Berechnung des sich ergebenden Walzspaltprofils zwischen zwei zusammenwirkenden Arbeitswalzen, wobei eine definierte Breite des Walzguts zugrunde gelegt wird, die sich zumindest teilweise in den Bereich des Rückschliffs der zweiten Walze erstreckt;
b) Definition einer gewünschten Walzgutkontur, die durch den Walzvorgang beim Passieren der Arbeitswalzen erzeugt werden soll;
c) Berechnung eines Kompensationsschliffs für die Arbeitswalze durch Subtraktion der gemäß Schritt b) definierten Walzgutkontur von dem Walzspaltprofil gemäß Schritt a) und Multiplikation der berechneten Differenz mit einem Dämpfungsfaktor;
d) zumindest anteiliges Aufbringen des gemäß Schritt c) berechneten Kompensationsschliffs auf mindestens eine Arbeitswalze.

Der Kompensationsschliff gemäß Schritt c) kann dabei einer weiteren Profilierung der Arbeitswalze überlagert werden. Diese weitere Profilierung der Arbeitswalze ist bevorzugt eine parabolische Profilierung oder eine S-förmige Profilierung (sog. CVC-Profilierung).
Der Dämpfungsfaktor für die Berechnung gemäß Schritt c) liegt bevorzugt zwischen 0,3 und 0,9, vorzugsweise zwischen 0,4 und 0,8. Ein Wert von 0,6 hat sich besonders bewährt. Der Faktor wird so gewählt, dass für die breiten Bänder bzw. Produkte keine wulstförmigen Profilformen mehr entstehen bzw. die Wulste stark reduziert werden und für schmalere Abmessungen des Bandes keine bzw. nur gering störenden Effekte auftreten.
Der Berechnung gemäß Schritt a) wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die maximal vorgesehene Breite des Walzguts zugrunde gelegt, die mit den Arbeitswalzen gewalzt werden soll.
Bei der Berechnung gemäß Schritt a) werden bevorzugt eine definierte Walzkraft und eine definierte Arbeitswalzenbiegekraft zugrunde gelegt. Bei der Definition gemäß Schritt b) werden bevorzugt dieselben Parameter wie bei Schritt a) zugrunde gelegt.
Für das gemäß Schritt b) zu definierende Profil wird mit Vorteil ein offline berechnetes Walzspaltprofil zugrunde gelegt. In diesem Falle kann vorgesehen werden, dass dem offline berechneten Walzspaltprofil ein verlängerter Stützwalzenballen zugrunde gelegt wird, so dass sich die Walzgutkanten nicht im Bereich des Rückschliffs der zweiten Walzen befinden.
Demgemäß wird mit dem vorgeschlagenen Verfahren ein Arbeitswalzenschliff zur Kompensation des Biegeverhaltens der Arbeitswalze im Bereich des Stützwalzenrückschliffs bereitgestellt. Ein gegebenenfalls gewünschter spezieller Walzenschliff (z. B. ein CVC-Schliff) wird dem erfindungsgemäß vorgesehene Kompensationsschliff überlagert.
Eine wesentliche Eigenschaft des vorgeschlagenen Schliffs ist es, dass der Effekt der Rückschliffkompensation nahezu unabhängig von der axialen Verschiebeposition der Arbeitswalzen zueinander ist und damit im Falle einer Verschiebbarkeit der Arbeitswalzen über den gesamten Verschiebebereich wirksam ist.
Der Kompensationsschliff kann sowohl auf axial verschiebbare als auch auf nicht verschiebbare Arbeitswalzen angewendet werden.
Er kann sowohl auf nur eine Arbeitswalze oder auf die obere und die untere Arbeitswalze anteilig aufgebracht werden.
Der Kompensationsschliff kann mit jedem beliebigen Walzenschliff kombiniert werden, d. h. diesem überlagert werden. Die Höhe des Schliffs kann abhängig vom aktuellen Arbeitswalzendurchmesser variiert werden. Die Höhe kann auch der aktuellen Stützwalzenkontur bzw. Zwischenwalzenkontur (hinsichtlich des Verschleißes) angepasst werden.
Der Schliff kann beispielsweise durch eine Punktfolge oder durch eine mathematische Funktion (z. B. durch eine Polynomfunktion) beschrieben werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigen:
1 schematisch die Arbeits- und Stützwalzen eines Quarto-Walzgerüsts beim Walzen eines bandförmigen Walzguts, gesehen in Walzrichtung,
2 den Verlauf des Walzspalts, das heißt Höhe des Walzspalts über der Breite abzüglich der Höhe in der Mitte, zwischen zwei Arbeitswalzen über der Breite des Walzguts beim Walzen desselben ohne Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 den Verlauf des Walzspalts zwischen zwei Arbeitswalzen über der Breite des Walzguts als Zielkontur (ideale Profilform),
4 den Verlauf des Walzspalts zwischen den Arbeitswalzen über der Breite des Walzguts als Differenzkontur zwischen der Zielkontur gemäß 3 und dem Verlauf gemäß 2,
5 den Verlauf eines Kompensationsschliffs für die Arbeitswalzen über der Breite des Walzguts,
6 den Effekt des Kompensationsschliffs (Zusatzschliffs) über der Breite des Walzguts bei verschiedenen axialen Verschiebepositionen auf den unbelasteten Walzspalt und
7 den Verlauf des Walzspalts zwischen zwei Arbeitswalzen über der Breite des Walzguts bei Anwendung des Kompensationsschliffs gemäß 5.
In 1 sind zwei Arbeitswalzen 1 und 2 zu erkennen, die Bestandteil eines Quarto-Walzgerüsts sind (das selber nicht dargestellt ist). Die Arbeitswalzen 1, 2 werden durch Stützwalzen 4 und 5 in bekannter Weise abgestützt. Zwischen den Arbeitswalzen 1, 2 befindet sich das zu walzende Walzgut 3, im vorliegenden Falle ein Band mit einer Breite B von 3.100 mm.
In den seitlichen Bereichen, d. h. in den axialen Endbereichen, weisen die Stützwalzen 4, 5 einen Rückschliff 6 auf, d. h. das Profil ist gegenüber dem reinen Zylinder zurückgenommen. In 1 ist dies stark übertrieben dargestellt.
Demgemäß ergibt sich für das Ausführungsbeispiel folgendes: Die volle Unterstützung der Arbeitswalzen 1, 2 durch die Stützwalzen 4, 5 liegt nur im Mittenbereich über eine Erstreckung von 2.050 mm vor, da sich im Seitenbereich über jeweils 500 mm der Rückschliff 6 ausdehnt. Die Arbeitswalzen überragen mit einer Walzenlänge von 3.450 mm die Breite B des Walzguts 3 mit 3.100 mm.
Auf die Arbeitswalzen 1, 2 wirken neben den Stützkräften der Stützwalzen 4, 5 auch Arbeitswalzenbiegekräfte F_B sowie die Walzkräfte selber, so dass es zu einer Arbeitswalzenrückbiegung kommt, die durch die Pfeile 7 angedeutet ist.
Die Arbeitswalzenrückbiegung ist also im Bereich des Stützwalzenrückschliffs 6 abhängig von der gewalzten Breite des Walzguts 3, der aufgebrachten Walzkraft und der eingestellten Arbeitswalzenbiegekraft F_B. Daher sind für die Schliffauslegung die Wahl einer häufig gewalzten großen Breite des Walzguts und einer für die letzten Stiche eines Stichplans üblichen mittleren Walzkraft sowie eine Biege kraft (Balancierkraft) auf niedrigem Niveau vorteilhaft. Dabei kann zunächst von mittleren Walzendurchmessern ausgegangen werden. Die Walzenbombierungen werden jeweils so gewählt, dass die berechneten Walzspaltprofile im üblichen Bereich (ca. 0,000 bis 0,200 mm) liegen.
In einem ersten Schritt der Arbeitswalzenauslegung bzw. -bereitstellung wird für das zu betrachtende Walzgerüst unter den oben genannten Randbedingungen für die maximal zu walzende Breite das zu erwartende Walzspaltprofil berechnet. Das Ergebnis dieser Berechnung ist in 2 exemplarisch dargestellt. Hier ist die Walzspalt-Profilform bei einer Walzgutbreite von 3.100 mm ohne Kompensation des Rückbiegeeffekts zu sehen. Klar zu erkennen ist, dass es im Seitenbereich des Bandes infolge der Arbeitswalzenrückbiegung zu einem unerwünschten Profilverlauf kommt.
Nach der Ermittlung dieses Profils wird für den gleichen Fall eine ideale Walzgutkontur definiert. Dies kann beispielsweise ein offline berechnetes Walzspaltprofil unter der Annahme eines verlängerten Stützwalzenballens sein, so dass sich die Walzgutkanten nicht im Bereich des Stützwalzenrückschliffs 6 befinden. Diese ideale Profilform als Zielkontur ist wiederum für das Band mit einer Breite von 3.100 mm in 3 exemplarisch angegeben.
Im nächsten Schritt wird durch Subtraktion der Zielkontur (gemäß 3) von der Walzspaltform ohne Kompensationsschliff (gemäß 2) der unerwünschte, durch den Rückbiegeeffekt hervorgerufene Profilanteil ermittelt. Dies ist in 4 illustriert. Hier ist also die Differenzkontur zwischen Zielkontur und Walzspaltform ohne Kompensation wiederum für ein Band mit der Breite von 3.100 mm skizziert. Die ausgezogene Kurve ist dabei die Walzspaltform ohne Kompensationsschliff, die strichpunktierte Kurve gibt die Zielkontur an. Demgemäß gibt die gestrichelte Kurve die Differenzkontur an, die zum Ausgleich des Rückbiegeeffektes benötigt wird.
Der Kompensationsschliff für die Arbeitswalze ergibt sich durch die Differenzkontur gemäß 4, wobei die ermittelte Differenz mit einem Dämpfungsfaktor K von z. B. 0,7 multipliziert wird. Dieser Faktor wird so gewählt, dass keine wulstförmigen Profilformen bei breiten Bändern entstehen, andererseits aber bei schmaleren Abmessungen keine bzw. nur geringfügig störenden Effekte auftreten.
Der Kompensationsschliff für die Anwendung auf beide Arbeitswalzen 1, 2 ist in 5 dargestellt. Zu sehen ist die Radiusabweichung (Δr) über der Ballenlänge.
Soll der Kompensationsschliff auf nur eine Arbeitswalze aufgebracht werden, verdoppelt sich dessen Höhe entsprechend.
Im Bereich neben dem Walzgut zu den Ballenkanten hin sollte die Kontur harmonisch auslaufen, wie es in 5 mit der Bezugsziffer 8 angedeutet ist.
Der Effekt des Zusatzschliffes auf den unbelasteten Walzspalt ist in 6 bei verschiedenen axialen Verschiebepositionen dargestellt. Mit ausgezogener Linie ist der Kurvenverlauf skizziert, der bei axial unverschobenen Arbeitswalzen 1, 2 vorliegt. Indes zeigt die mit gestrichelter Linie eingetragene Kurve den Verlauf an, der sich ergibt, wenn die obere und die untere Arbeitswalze um 150 mm gegeneinander verschoben sind. 6 gibt also den Einfluss auf den unbelasteten Walzspalt in Abhängigkeit der axialen Verschiebeposition an. Es ist ersichtlich, dass auch bei relativ großer axialer Verschiebung der Walzen der angestrebte Effekt weitgehend konstant bleibt.
In 7 ist schließlich die sich ergebende, resultierende Walzspaltform bei der Anwendung des Kompensationsschliffs zu sehen. Die erzielte Verbesserung der Profilform zeigt sich beim Vergleich dieser Kontur mit der Ausgangskontur ohne Kompensationsschliff gemäß 2.
Wenn ein Sexto-Gerüst statt des dargestellten Quarto-Gerüsts eingesetzt wird, gilt Analoges, wobei die Stützwalze durch die Zwischenwalze zu ersetzen ist.

1: Arbeitswalze
2: Arbeitswalze
3: Walzgut
4: zweite Walze (Zwischenwalze, Stützwalze)
5: zweite Walze (Zwischenwalze, Stützwalze)
6: Rückschliff
7: Biegerichtung (Arbeitswalzenrückbiegung)
8: harmonischer Auslauf
B: Breite des Walzguts
K: Dämpfungsfaktor
F_B: Arbeitswalzenbiegekraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0294544 B1 [0005]
- EP 1307302 B1 [0005]
- EP 1703999 B1 [0005]
- EP 0937515 B1 [0005]
- JP 3032412 A [0005]
- JP 9253726 A [0005]
- DE 3919285 A1 [0005]
- JP 8332509 A [0005]
- JP 6015322 A [0005]
- JP 2179308 A [0005]

Claims

Verfahren zum Bereitstellen mindestens einer Arbeitswalze (1, 2) zum Walzen eines Walzguts (3), wobei die Arbeitswalze (1, 2) vorgesehen ist, um mit einer zweiten Walze (4, 5), insbesondere mit einer Zwischen- oder Stützwalze, zusammenzuwirken und von dieser abgestützt zu werden, wobei die zweite Walze (4, 5) in ihren axialen Endbereichen einen Rückschliff (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist: a) Berechnung des sich ergebenden Walzspaltprofils zwischen zwei zusammenwirkenden Arbeitswalzen (1, 2), wobei eine definierte Breite (B) des Walzguts (3) zugrunde gelegt wird, die sich zumindest teilweise in den Bereich des Rückschliffs (6) der zweiten Walze (4, 5) erstreckt; b) Definition einer gewünschten Walzgutkontur, die durch den Walzvorgang beim Passieren der Arbeitswalzen (1, 2) erzeugt werden soll; c) Berechnung eines Kompensationsschliffs für die Arbeitswalze (1, 2) durch Subtraktion der gemäß Schritt b) definierten Walzgutkontur von dem Walzspaltprofil gemäß Schritt a) und Multiplikation der berechneten Differenz mit einem Dämpfungsfaktor (K); d) zumindest anteiliges Aufbringen des gemäß Schritt c) berechneten Kompensationsschliffs auf mindestens eine Arbeitswalze (1, 2).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensationsschliff gemäß Schritt c) von Anspruch 1 einer weiteren Profilierung der Arbeitswalze (1, 2) überlagert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Profilierung der Arbeitswalze (1, 2) eine parabolische Profilierung oder eine S-förmige Profilierung (CVC-Profilierung) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsfaktor (K) für die Berechnung gemäß Schritt c) von Anspruch 1 zwischen 0,3 und 0,9, vorzugsweise zwischen 0,4 und 0,8, liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung gemäß Schritt a) von Anspruch 1 die maximal vorgesehene Breite (B) des Walzguts (3) zugrunde gelegt wird, die mit den Arbeitswalzen (1, 2) gewalzt werden soll.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung gemäß Schritt a) von Anspruch 1 eine definierte Walzkraft zugrunde gelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung gemäß Schritt a) von Anspruch 1 eine definierte Arbeitswalzenbiegekraft (F_B) zugrunde gelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Definition gemäß Schritt b) von Anspruch 1 dieselben Parameter wie bei Schritt a) zugrunde gelegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt b) von Anspruch 1 ein offline berechnetes Walzspaltprofil zugrunde gelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem offline berechneten Walzspaltprofil ein verlängerter Stützwalzenballen zugrunde gelegt wird, so dass sich die Walzgutkanten nicht im Bereich des Rückschliffs (6) der zweiten Walzen (4, 5) befinden.