DE1957595A1

DE1957595A1 - Walzgutdickenregeleinrichtung

Info

Publication number: DE1957595A1
Application number: DE19691957595
Authority: DE
Inventors: List Harold A
Original assignee: Bethlehem Steel Corp
Current assignee: Bethlehem Steel Corp
Priority date: 1968-11-18
Filing date: 1969-11-15
Publication date: 1970-06-18
Also published as: US3550414A; FR2023567A1; GB1290162A

Description

Patentanwälte

Dr.-Ing. Wilhelm Reichel
Dipl-Ing. Wolf gang Reichel

6 Frankfurt a. M. 1 6106

Paiksiraße 13

BETHLEHEM STEEL CORPORATION, Bethlehem, Pennsylvania, VStA

Walzgutdickenregeleinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Regeln der Dicke oder des Stichmaßes des Walzgutes für ein Walzgerüst eines■ Tandem-Walzwerks mit einer die Walzgutzugspannung regelnden Tänzerwalzen-Regeleinrichtung, einer Walzdruckkraftmeßeinrichtung, die ein erstes Signal abgibt, das der Walzdruckkraft proportional ist, mit einer ein zweites Signal abgebenden Vorrichtung, das dem Walzspalt proportional ist, mit einer den Walzspaltsollwert in Form eines dritten Signals abgebenden Vorrichtung, mit einer das erste Signal in ein viertes Signal umformenden Vorrichtung, das der Walzspaltzunahme proportional ist, die dadurch hervorgerufen wird, daß sich das Walzgerüst und die Walzen unter dem Einfluß der Walzdruckkraft elastisch verformen, mit einer das zweite Signal und das vierte Signal überlagernden und mit dem dritten Signal vergleichenden Vorrichtung, die in fünftes Signal abgibt, das der Abweichung der Walzen-Istlage von der Walzen-Sollage proportional ist, und mit einer die Anstellvorrichtung des Walzgerüstes in Abhängigkeit vom fünften Signal betätigenden Vorrichtung.

Eine derartige Regeleinrichtung ist in der USA-Patentschrift 2 680 978 beschrieben. Die Wirkung dieser bekannten Dicken regeleinrichtungen wird immer schlechter, je dünner und breiter das Walzgut, wird. Wenn das Walzgut dünner wird, werden die von den Druckmeßdosen abgegebenen Signale, die zur Berechnung des Walzensprungs verwendet werden, den Schraubenlagesignalen immer

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ähnlicher, die zur Kompensation des Walzensprungs bis zu sehr dünnem Walzgut erforderlich sind, insbesondere bei dünnem und breitem Walzgut, wobei sich das Druckmeßdosensignal nahezu um" genau den gleichen Betrag ändert, um den sich die Walzenanstellung ändert, wenn sich das Schraubenlagesignal ändert. Wenn dieser etwas mehrdeutige Zustand erreicht ist, können plötzliche Sprünge oder Stöße in der Rückführung, die beispielsweise auftreten, wenn große Korrekturen der Dicke (bzw,· des Stichmaßes oder der Anstellung) versucht werden, zusammen mit kleinen Fehlern bei der Einstellung der relativen Größe der Walzdruckkraft und der Schraubenlagesignale bewirken, daß die Walzenanstellung "durchgeht", und zwar entweder nach oben oder nach unten. Um das Bestreben eines Walzgerüsts mit Stichmaßregelung zum Durchgehen zu verringern, wenn die Dicke eines dünnen und breiten Walzgutes genau geregelt werden soll, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, das Verhältnis von Walzdruckkraft und Schraubenlagesignalen so einzustellen, daß die Anstellschraube oder Anstellspindel etwas weniger verstellt wird, als es zur Walzensprungkompensation erforderlich ist. Dabei wird jedoch hinsichtlich der Dickenregelung ein Kompromiß ge- _ψ schlossen, weil die Dicke des Walzgutes bei Verwendung eines Dickenmessers oder Stichmaßes, der bzw. das beispielsweise auf diese Weise kompensiert ist, stets etwas stärker ist als es erforderlich ist, wenn eine Abwärts Schraubenbewegung bzw. Anstellung erforderlich ist. Außerdem muß selbst bei dieser Kompensationsverringerung bei vielen Warmwalzwerken die Dickenmeßregeleinrichtung bei dem letzten oder den beiden letzten Gerüsten.bei geringen Dicken oder. Stichmaßen abgeschaltet werden, um Stauchungen und Brüche zu vermeiden.

Es hat sich herausgestellt, daß die Ursache für die Instabilität bekannter Stichmaß- bzw. Dickenregeleinrichtungen im wesentlichen in der verhältnismäßig langsamen Reaktion der zugehörigen Tänzerwalzen-Regeleinrichtungen zu sehen ist. Da eine Tänzerwalzen-Regeleinrichtung verhältnismäßig massive mechanische Bauteile aufweist, ist sie nicht in der Lage, die vonihr geregelte Zugspannung des Walzgutes augenblicklich und un-

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verzögert nachzuregeln. Bei einer herkömmlichen Stichmaß-Regeleinrichtung erfolgt die Anstellung bzw. das "Herunterschrauben" des Walzgerüstes bei Störungen, wie örtlich abgekühlten oder anderen harten Stellen im Walzgut. Wenn sich bei einem Tandem-Walzwerk die Schrauben nach unten bewegen, d.h. also der Walzspalt verringert wird, wird die eingangsseitige Zugspannung kurzzeitig verringert. Dies hat eine sofortige Erhöhung der Walzdruckkraft zur Folge, und zwar aus zwei Gründen: 1) wegen der erhöhten Verringerung und 2) wegen der Verringerung der Walzgutzugspannung, weil die Zugspannungskraft im Walzspalt das Gerüst nicht mehr bei der Verringerung der Walzgutdicke unterstützt. Das aus dem zweiten Grunde bewirkte Inkrement der Erhöhung der Walzdruckkraft erhöht die Druckschraubenbewegung über den von der Stichmaß- bzw. 'Dickenregeleinrichtung zur Beseitigung des Übermaßes geforderten Betrag hinaus. Diese inkrementelle Zunahme der Walzdruckkraft dauert' jedoch nur kurze Zeit, und zwar so lange, bis die Tänzer-Walzen-Regeleinrichtung eingreift und die richtige Walzgutzugspannung wiedereingestellt hat. Inzwischen kann jedoch die zusätzliche Druckschraubenbewegung und Walzdruckkraft, die durch die Verzögerung der Tänzerwalzen-Regeleinrichtung hervorgerufen wird, die Einrichtung in einen unstabilen Zustand gebracht oder bewirkt haben, daß die Anstellung "durchgeht" oder überschwingt oder, wenn die Erhöhung nicht ausreichte, ein Überschwingen der Anstellung auszulösen, daß eine Überkorrektur der Anstellung erfolgt ist, so daß die Regeleinrichtung Dauerschwingungen ausführt. Wie bereits erwähnt, läßt sich dieses Bestreben der Einrichtung, instabil zu werden und Dauerschwingungen auszuführen, dadurch beseitigen, daß das Verhältnis der Anstellbewegung zur angezeigten Stichmaß- bzw. Dickenabweichung so eingestellt wird, daß die Druckschraubenverstellung gerade ausreicht, nur einen Teil, z.B. 95%, des V/alzgut-Übermaßes zu beseitigen. Dies ist jedoch unerwünscht, weil dies praktisch bedeutet, daß viel abmaßiges Walzgut erzeugt wird.

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Nach der Erfindung werden diese Nachteile dadurch beseitigt, daß die Regeleinrichtung eine Verzögerungsvorrichtung enthält, die den vollen Einfluß des ersten Signals vor dem Erreichen ■der die Signale überlagernden Vorrichtung etwa um diejenige Zeit verzögert, die die Tänzerwalzen-Regeleinrichtung, die an dieses Walzgerüst angeschlossen ist, benötigt, um anzusprechen und die aufgrund der Änderung der Anstellung durch die auf das fünfte Signal ansprechende Vorrichtung hervorgerufene Änderung der Zugspannung des Walzgutes zwischen diesem Walzgerüst und einem benachbarten Walzgerüst wieder auszuregeln.

Im Prinzip läuft dies darauf hinaus, daß eine Verzögerungsschaltung verwendet wird, die einen Teil der Walzdruckkraftsignaländerung um eine Zeitspanne verzögert, die es gestattet, die Walzgutzugspannung währenddessen wieder weitgehend auf den Sollwert einzuregeln, nachdem eine Änderung der Anstellung durch die Dickenmeßeinrichtung ausgelöst wurde.

Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden an Hand von Zeichnungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Stichmaß- bzw. Walzgutdickenregeleinrichtung für das letzte Gerüst eines •Tandem-Walzwerks nach der Erfindung

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer geeigneten Verzögerungsschaltung" für die Stichmaß-Regeleinrichtung nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist dargestellt, wie das streifenförmige Walzgut 11 durch die letzten beiden Walzgerüste 13 und 15 eines Tandem-Walzwerks läuft. Beide Walzgerüste enthalten eine obere Arbeitswalze 17 und eine untere Arbeitswalze 19· Jedes Gerüst

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ist mit einem Anstellmechanismus 21 versehen, der die oberen Walzen 17 verstellt, um den Walzspalt zwischen den Walzen 17 und 19 zu bestimmen. Zwischen den Walzgerüsten 13 und 15 ist eine Tänzerwalze 23 angeordnet, die den Durchhang des Walzgutes 11 erfaßt und ein Tänzerwalzenlagesignal als Istwert der zu regelnden Zugspannung einem Drehzahlregler 25 über ein Summierglied 27 zuführt, bei dem es sich um einen Rechenverstärker handeln kann. Ein den Sollwert der Lage der Tänzerwalzen darstellendes Sollwertsignal wird ebenfalls dem Summierglied 27 von einem Sollwertsignalgeber 26 zugeführt, um es mit dem Lageistwertsignal zu vergleichen. Der Drehzahlregler 25 regelt die Drehzahl des Hauptantriebsmotors 29 der Walzen des Walzgerüsts 15. Die Tänzerwalzen-Regeleinrichtung bewirkt eine Erhöhung der Drehzahl der Walzen 17 und 19 des Gerüsts 15, wenn die Tänzerwalze 23 einen zu großen Durchhang zwischen den Gerüsten 13 und 15 feststellt, und verringert die Drehzahl, wenn die Tänzerwalze 23 einen zu geringen Durchhang und mithin eine größere Zugspannung feststellt, als zwischen den Gerüsten 13 und 15 vorhanden sein soll.

. Eine Stichmaß-Regeleinrichtung 31, auch Walzgutdickenregeleinrichtung genannt, ist für das Gerüst 15 vorgesehen und umfaßt eine Druckmeßdose 33» die unter der unteren Arbeitswalze 19 angeordnet ist und gibt ein der Trennkraft zwischen den Walzen proportionales Signal an ein Einfunktionssteuerelement 35 ab, in dem es an Hand der auf dem Hook'sehen Gesetz basierenden Walzensprungformel in ein Walzensprungsignal umgeformt wird. Das Walzensprungsignal wird dann in ein ■Verzögerungszeit-Steuerelement 37 geleitet, in dem ein Teil des Signals eine vorbestimmte Zeitlang verzögert wird, die der Tänzerwalzen-Regeleinrichtung gestattet, währenddessen die richtige Zugspannung einzustellen, bevor das Signal als ein kompensiertes Walzensprungsignal an ein Summierglied 39 weitergeleitet wird, in dem es algebraisch zu einem Druckschraubenlagesignal addiert wird, das ein Druckschraubenlagefühler und -Signalgeber erzeugt, der mit dem Anstellmechanismus 21 des Gerüsts 15 verbunden ist. Die einander überlagerten Signale werden auch im Summierglied 39

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mit einem Sollwertsignal verglichen, das ein SollwertSignalgeber 40 abgibt und das die gewünschte Dicke des das Walzwerk verlassenden Walzgutes darstellt. Das Summierglied 39 kann irgendein geeignetes Rechenelement enthalten, das die drei Signale algebraisch oder auf andere Weise überlagern kann, um ein Dickenregelabweichungssignal, auch Dickenfehlersignal genannt, zu erzeugen, das die Abweichung des Walzspaltes und mithin der Dicke des durch die Walzen laufenden Walzgutes von dem Dickensollwert, d.h. der gewünschten Dicke, des Walzgutes darstellt, wenn es aus dem Gerüst austritt. Das Dickenfehlersignal v/ird dann dem Druckschraubenstellmotor und -regler 41 zugeführt, der den Anstellmechanismus 41 so steuert, daß der Walzspalt zwischen den Walzen 17 und 19 des Gerüsts 15 korrigiert und mithin die Dickenregelabweichung Null wird.

Das von dem Einfunktions-Steuerelement 35 abgegebene Walzensprungsignal wird, bevor es das Verzögerungszeit-Steuerelement 37 erreicht, außerdem einem Summierglied 43 zugeführt, in dem es einem Teil des Druckschraubenlagesignals überlagert wird, das der Anstellmechanismus 21 erzeugt, um ein Signal zu erzeugen, das dem wahren Walzspalt zwischen den Walzen 17 und proportional ist. Dieses Signal kann irgendeinem geeigneten Meßgerät zugeführt werden, um den wahren Walzspalt und mithin den Istwert der Walzgutdicke jederzeit anzuzeigen.

Eine geeignete Ausführungsform eines Verzögerungszeit-Steuerelements 37 ist in Fig. 2 dargestellt. Das vom Einfunktions-Steuerelement 35 abgegebene Walzensprungsignal v/ird einem Potentiometer 45 zum Ändern der prozentualen Kompensation zugeführt, das so eingestellt ist, daß es ein Signal erzeugt, das hinsichtlich des Betrags der Walzenbewegung kompensiert ist, die in Abhängigkeit von einem Druckmeßdos ens ignal eines vorbestimmten Betrags ausgeführt wird. Die Bewegung oder Verstellung der Walzen läßt sich auf diese Weise so regeln, daß sich irgendein gewünschter Prozentsatz der Gesamtbewegung oder Verstellung ergibt, die normalerweise durch irgendein vorbestimmtes Druckmeßdosensignal verlangt wird. Dieses Signal wird

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dann auf zwei veränderbare Signalverteilungspotentiometer 47 und 49 aufgeteilt, die jeweils in einem von zwei Zweigen 51 und 53 der Verzögerungsschaltung liegen. Zwischen dem einen Zweig 53 und Masse 57 liegt ein veränderbarer Kondensator 55. Beide Zweige der Schaltung führen zu einem Summierverstärker 59, in dem die über die Zweige 51 und 53 geleiteten Signale überlagert, verstärkt und aus dem Verzögerungszeitsteuerelement 37 dem in Fig. 1 dargestellten Summierglied 39 zugeführt werden.

Wenn das Verzögerungselement 37 aus dem Einfunktions-Rechenelement 35 ein Walzensprungsignal erhält, wird dieses Signal durch vorheriges Einstellen des veränderbaren Potentiometers 45 auf die gewünschte Stärke gebracht und dann auf die Zweige 51 und 53 der Verzögerungsschaltung aufgeteilt. Der durch jeden Zweig geleitete Anteil des Signals wird durch die Einstellung der Aufteilungspotentiometer 47 und 49 bestimmt. Die Signale werden dann dem Summierverstärker 59 zugeführt, wo sie wieder zusammengesetzt und als ein einziges verstärktes und kompensiertes Walzensprungsignal dem Summierglied 39 zugeführt werden. Der über den Zweig 51 geleitete Anteil des Walzensprungsignals wird in seinem -zeitlichen Verlauf unverändert übertragen, während der über den Zweig 53 geleitete Anteil des Walzensprungsignals zum Teil in den veränderbaren Kondensator 55 geleitet wird, und zwar so lange, bis der Kondensator 55 vollständig aufgeladen ist. Die Zeit, die erforderlich ist, um den Kondensator 55 ollständig aufzuladen, läßt sich durch Verändern der Kapazität einstellen und wird etwa gleich der Zeit gewählt, die die Tänzerwalzen-Regeleinrichtung benötigt, um die volle Zugspannung wiederherzustellen, nachdem die Anstellung geändert wurde. Da sich der Kondensator ^3 nur allmählich auflädt, steigt das über den Zweig 53 geleitete Signal nur allmählich an. Die Summe der über die beiden Zweige geleiteten Signale erreicht daher sehr schnell einen Anfangswert, weil.die eine Komponente unverzögert über den Zweig 51 geleitet wird, und erreicht dann·allmählich einen Endwert auf einer abnehmenden Kurve, während der andere Teil des Signals

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über den Zweig 53 geleitet wird und den Kondensator 55 auflädt. Vorzugsweise werden die Potentiometer so eingestellt, daß der Anteil der Signale, der über die beiden Zweige der Verzögerungsschaltung geleitet wird, proportional dem Betrag des gesamten Walzensprungsignals, der von der ursprünglichen Walzgutdickenregelabweichung herrührt, und dem Betrag des gesamten Walzensprungsignals ist, der von der kurzzeitigen Erhöhung der Walzdruckkraft aufgrund einer kurzzeitigen Verringerung der Walzgut-Zugspannung vor dem Eingreifen der Tänzerwalzen-Regeleinrichtung herrührt. Obwohl ein derartiges Verhältnis der Signale die günstigsten Ergebnisse bewirkt, erhält man auch ausgezeichnete Ergebnisse, wenn das gesamte Walzensprungsignal teilweise verzögert wird. Dies läßt sich mit Hilfe der gleichen einfachen Verzögerungsschaltung verwirklichen, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, indem man einfach das Potentiometer 4? so einstellt, daß es kein oder nahezu kein Signal durchläßt. Dadurch ergibt sich praktisch eine einzige und keine zweiteilige Verzögerungsschaltung, so daß das gesamte Walzensprungsignal über den Zweig 53 der Verzögerungsschaltung geleitet und nahezu das gesamte Signal durch den Kondensator 55 verzögert wird. Dadurch ergibt sich ein einziges ständig ansteigendes kompensiertes Walzensprungsignal, das so lange mit abnehmender Geschwindigkeit, exponentiell ansteigt, bis der Kondensator 55 vollständig aufgeladen ist. Diese vereinfachte Schaltung kann für spezielle Zwecke wünschenswert sein. Es sind auch andere Verzögerungsschaltungen und andere Stellen möglich, an denen die Verzögerung im Dikkenregelkreis vorgenommen werden kann, doch hat sich die dargestellte Anordnung als die günstigste erwiesen.

Die Erfindung wurde in Anwendung auf das letzte Walzgerüst einer Tandemstraße beschrieben und hat sich bei den letzten beiden Walzgerüsten von Tandemstraßen als am günstigsten erwiesen, weil dies normalerweise die instabilsten Gerüste sind, und zwar wegen des dünneren Walzgutes. Die Erfindung läßt sich ■jedoch auch mit Vorteil auf die anderen Gerüste einer Tandemstraße anwenden. Wenn die Erfindung bei einem der Gerüste des

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Walzwerks angewandt wird, bei dem eine Tänzerwalze zu beiden Seiten des Gerüsts und nicht bei dem letzten Gerüst angeordnet ist, wird durch eine Verzögerung eines Teils des Walzensprungsignals nicht nur der Einfluß der Tänzerwalzen-Regeleinrichtung unmittelbar vor dem Walzgerüst, sondern auch der Einfluß der Tänzerwalzen-Regeleinrichtung hinter dem Walzgerüst kompensiert, und die Verzögerungszeit wird so eingestellt, daß die Verzögerung beider Tänzerwalzen-Regeleinrichtungen kompensiert wird. Normalerweise ist diese Verzögerung bei beiden Tänzerwalzen-Regeleinrichtungen gleich, und sie tritt auch gleichzeitig auf. Normalerweise hat die Tänzerwalzen-Regeleinrichtung vor dem Walzgerüst den größten Einfluß auf die Dicke des das Gerüst durchlaufenden Walzgutes, weil das Walzgut auf dieser Seite des Gerüsts direkt auf den Walzspalt zuläuft.

Obwohl die Wirkungsweise der Erfindung an Hand der Abwärtsbewegung der Druckschrauben eines Walzgerüsts beschrieben wurde, weil dies der kritischste Vorgang ist, ist sie auch bei der Aufwärtsbewegung der Druckschrauben oder Spindeln wirksam, um •die Abnahme des Walzdruckkraftsignals so lange zu verzögern, bis die Tänzerwalzen-Regeleinrichtung eingegriffen und die zu hohe Zugspannung zwischen den Walzgerüsten, die sich bei einer Zunahme der Walzgutdicke bzw. des Stichmaßes ergibt, verringert hat. Eine zu starke Zunahme der Zugspannung zwischen den Walzgerüsten kann ein Einschnüren des Walzgutes bei einem Warmwalzwerk oder ein Einreißen des Walzgutes bei einem Kaltwalzwerk zur'Folge haben.

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Claims

Patentansprüche

(1 J Einrichtlang zum Regeln der Dicke oder des Stichmaßes des •Walzgutes für ein Walzgerüst eines Tandem-Walzwerks mit einer die Walzgutzugspannung regelnden Tänzerwalzen-Regeleinrichtung, einer Walzdruckkraftmeßeinrichtung, die ein erstes Signal abgibt, das der Walzdruckkraft proportional ist, mit einer ein zweites Signal abgebenden Vorrichtung, das dem Walzspalt proportional ist, mit einer den Walzspaltsollwert in Form eines dritten Signals abgebenden Vorrichtung, mit einer das erste Signal in ein viertes Signal umformenden Vorrichtung, das der Walzspaltzunahme proportional ist, die dadurch hervorgerufen wird, daß sich das Walzgerüst und die Walzen unter dem Einfluß der Walzdruckkraft elastisch verformen, mit einer das zweite Signal und das vierte Signal überlagernden und mit dem dritten Signal vergleichenden Vorrichtung, die ein fünftes Signal abgibt, das der Abweichung der Walzen-Istlage von der Walzen-Sollage proportional ist, und mit einer die Anstellvorrichtung des Walzgerüstes in Abhängigkeit vom fünften Signal betätigenden Vorrichtung,

dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung eine Verzögerungsvorrichtung (37) enthält, die den vollen Einfluß des ersten Signals vor dem Erreichen der die Signale überlagernden Vorrichtung (39) etwa um diejenige Zeit verzögert, die die Tänzerwalzen-Regeleinrichtung (23-29), die an dieses Walzgerüst (15) angeschlossen ist, benötigt, um anzusprechen und die aufgrund der Änderung der Anstellung durch die auf das fünfte Signal ansprechende Vorrichtung (41) hervorgerufene Änderung der Zugspannung des Walzgutes zwischen diesem Walzgerüst (15) und einem benachbarten Walzgerüst (13) wieder auszuregeln.
2. Walzgutdickenregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß des ersten Signals durch eine Verzögerung des vierten Signals in einer Verzögerungsschaltungsanordnung (37) verzögert wird.

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3. Walzgutdickenregeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltungsanordnung (37) zwei Zweige (51, 53) enthält, auf die das vierte Signal aufgeteilt wird, daß der eine Zweig so ausgelegt ist, daß er einen Teil des vierten Signals, der etwa demjenigen Anteil des .vierten Signals proportional ist, der von einem ursprünglichen Regelabweichungssignal herrührt, unvefzögert überträgt, und daß der zweite Zweig (53) so ausgelegt ist, daß er einen Teil des vierten Signals, der demjenigen Anteil des vierten Signals proportional ist, der von einer Dickenänderung herrührt, die sich bei einer Änderung der Zugspannung des Walzgutes zwischen den Walzgerüsten (13, 15) ergibt, wenn die Anstellvorrichtung (21) betätigt wird, um die ursprüngliche Regelabweichung zu beseitigen, zumindest teilweise verzögert überträgt.

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