DE3301631A1 - Apparat zum steuern der stangentemperatur in einem kontinuierlichen walzwerk - Google Patents

Apparat zum steuern der stangentemperatur in einem kontinuierlichen walzwerk

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Description

HOFFM-ANW ·: EITLE'» PARTNER
- - -PATENT- LfND RECHTSANWÄLTE
PATENTANWÄLTE DIPU-ING. W. EITLE ■ DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · D1PL.-ING. W. LEHN
DIPL.-ING. K. FÜCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN . DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPL.-ING. K. GDRG
D1PL.-ING. K. KOHLMANN ■ RECHTSANWALT A. NETTE
38 066 p/hl
Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Tokyo / Japan
Apparat zum Steuern der Stangentemperatur in einem kontinuierlichen Walzwerk
Die Erfindung bezieht sich auf einen Apparat zum Steuern der Temperatur einer Stange am Legekonus (Legekopf) einer Stangenwalzlinie, so daß sie mit einem Sollwert konform ist.
Die Stangenwalzlinien haben eine Vielzahl von Wasserkühleinheiten, welche hinter einem kontinuierlichen Walzwerk angeordnet sind, um eine Stange rapide abzukühlen, wenn sie das Walzwerk verläßt, und um dann graduell die Stange abzukühlen, damit den Erfordernissen für die gewünschte Qualitat der Stange begegnet werden kann. Es ist vom Standpunkt der Stangenqualität von Bedeutung, daß die Temperatur, von der die. Stange graduell abgekühlt wird, nachdem sie rapide abgekühlt wurde, mit einem Sollwert in Längsrichtung der Stange konform gemacht wird.
Es ist herkömmliche Praxis für die Bedienungsperson zum Steuern der Temperatur, von der die Stange aus graduell abgekühlt wird, dadurch zu steuern, daß die Strömungsmenge
lELLASTRASSE A ■ D-BOOO MÜNCHEN 81 ■ TELEFON CO893 9110 87 · TELEX 05-29619 CPATHEJ · TELEKOPIERER 9183
des Wassers durch die Wasserkühleinheiten bestimmt wird, und zwar unter Bezugnahme auf einen Walzplan, und daß die Strömungsmenge des Kühlwassers hinsichtlich einer individuellen Beurteilung auf der Basis der Differenz zwischen dem Ablesen an einem Thermometer korrigiert wird, welches am Legekonus angeordnet ist, wo das Kühlen der Stange einsetzt, und den Solltemperaturen. Der bekannte Prozeß führte manchmal zu Fehlern hinsichtlich des geeigneten Auswählens der Strömungsmenge des Kühlwassers entsprechend dem Walzplan. Der bekannte Prozeß fiel vollständig dahingehend aus, Temperaturänderungen im Stangenmaterial oder Schleifspuren (skid marks) zu steuern.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, einen Apparat zum Steuern der Temperatur eines an einem Legekonus zu walzenden Materials zu schaffen, so daß diese Temperatur in Längsrichtung des Materials dadurch -mit einer S'oiltemperatur konform , gemacht wird, daß die Strömungsmenge des Kühlwassers durch die Kühlwassereinheiten entsprechend einem Walzplan für das Material bestimmt wird und die Strömungsmenge des Wassers in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Temperatur am Einlaß eines kontinuierlichen Walzwerkes und einer erwarteten Temperatur und der Differenz zwischen dem Ablesen an einem Legekonus-Thermometer und einer Solltemperatur korrigiert wird.
Im Zusammenhang mit dieser Aufgabenstellung besteht die Erfindung darin, daß durch ein erstes Thermometer, welches am Eingang des Walzwerkes angeordnet ist, eine Vielzahl von Wasserkühleinheiten, die dahinter angeordnet sind und bei denen die Strömungsmenge des Kühlwassers einstellbar ist, durch einen Legekonus zum Aufwickeln der Stange, welcher Legekonus mit einem am Auslaß desselben befindlichen zweiten Thermometer versehen ist, wobei die Verbesserung des Apparates dahingehend besteht, daß dieser eine arithmetische Vorrichtung zum Berechnen der Strömungsmenge des Kühl-
wassers auf der Basis eines Walzplanes für das kontinuierliche Walzwerk, einer erwarteten Temperatur am Einlaß des kontinuierlichen Walzwerkes und einer Solltemperatur am Legekonus umfaßt, sowie eine Steuereinrichtung, welche auf ein Berechnungsresultat der arithmetischen Vorrichtung zum Steuern der Strömungsmenge des Kühlwassers anspricht.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt
Fig. .1 ein Diagramm mit der Darstellung der Falzlinienkomponenten im Verhältnis zur Temperatursteuerung und den mittleren Temperaturen eines zu walzenden Materials jeweils an den Stellen entsprechend den Walzlinienkomponenten und
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Apparates zum Steuern der Temperatur eines entsprechend der Erfindung in eine
Stange zu rollenden Materials.
Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 umfaßt eine kontinuierliche Walzlinie ein kontinuierliches Walzwerk 1, eine erste und zweite Wasserkühleinheit 2a, 2b, einen Legekonus 3 zum Aufwickeln einer Stange 4, so wie sie hergestellt wird, jeweils den Wasserkühleinheiten 2a,2b zugehörigen Strömungssteuerventilen 5, ein Thermometer 6 am Einlaß der kontinuierlichen Walzlinie und ein Thermometer 7 am Legekonus 3.
Die mittleren Temperaturen Tn bis T5 des gerollten Materials werden an den folgenden Stellen der kontinuierlichen Walzlinie gemessen:
Tn ... das Einlaßthermometer 6;
T1 ... der Einlaß der ersten Wasserkühleinheit 2a;
T2 ... der Auslaß der ersten Wasserkühleinheit 2a;
T3 ... der Einlaß der zweiten Wasserkühleinheit 2b;
T4 ... der Auslaß der zweiten Wasserkühleinheit 2b; und
Tr ... das Legekonustemperatur 7.
In Fig. 2 umfaßt ein Apparat zum Steuern der Temperatur des gerollten Materials einen oberen Computer 9 zum Erzeugen einer erwarteten Einlaßtemperatur T *, eine Solltemperatur T5* am Legekonus 3 und einen Walzplan, eine arithmetische Einheit (nachfolgend als "Voreinstell-arithmetische Einheit" bezeichnet) 10 zum Berechnen einer initiierten Strömungsmenge des Kühlwassers, einen Kontroller 11 zum Steuern der solenoidbetätigten Ventile auf der Basis einer Str'ömungseinstellung, eine arithmetische Einheit (hiernach als "Vorbring-arithmetische Einheit" bezeichnet) 12 zum Berechnen einer korrigierten Strömungsmenge in Abhängigkeit von einer Abweichung am Einlaßthermometer 6, einen Vorbring-Kontroller 13, eine Spurführungsvorrichtung 14 zum Führen des gerollten Materials vom Einlaßthermometer 6 zu den Wasserkühleinheiten, um eine Zeitverzögerung zu berechnen, eine arithmetische Einheit (nachfolgend als "Rückkopplungsarithxnetische Einheit" bezeichnet) 15 zum Berechnen einer korrigierten Strömungsmenge auf der Basis einer Abweichung am Legekonus-Thermometer 7 und einen Rückkopplungs-Kontroller 16.
Der Betrieb des Steuerapparates ist wie folgt: Ein Einstellen der Anfangsströmungsmenge für die Kühlwassereinheiten wird auf folgende Weise bestimmt. Der obere Computer 9 versorgt die Voreinstell-arithmetische Einheit 10 mit einer erwarteten Einlaßtemperatur T *, einer Solltemperatur T5* am Legekonus 3 und einem Walzplan. Der Walzplan umfaßt: 35
301631
— π —
(i) den Durchmesser Dq des Materials am Einlaß des
kontinuierlichen Walzgerüstes; (ii) der Durchmesser di des Materials am Auslaß der kontinuierlichen Walzgerüste; und (iü) die Geschwindigkeit V der Bewegung des Materials ■ am Auslaß der kontinuierlichen Walzgerüste.
Die Voreinstell-arithmetische Einheit 10 berechnet eine
Strömungseinstellung Q0 auf folgende Weise: 10
(1) Die Temperatur T1 am Einlaß der ersten Wasserkühleinheit 2a wird aus der erwarteten Einlaßtemperatur T„* berechnet auf der Basis der Gleichung:
T1 = TQ* - (ΔΤρ + ATf - ATc) ...(D
worin ΔΤρ: der Temperaturanstieg infolge des Walzvorganges in dem kontinuierlichen Walzwerk; ATf: der Temperaturanstieg infolge der Reibungserwärmung in dem kontinuierlichen Walzwerk; und
ATc: der Temperaturabfall infolge der Berührung mit dem kontinuierlichen Walzwerk.
Diese Temperaturänderungen ATp, ATf und ATc werden durch folgende Gleichungen berechnet':
AT = km· £u (D°/dn> J. ...(2)
2Q worin ist: dn der Durchmesser am Auslaß der kontinuierlichen Walzgerüste, cp die spezifische Wärme,
γ das spezifische Gewicht,
J1 der Umwandlungskoeffizient von Arbeit in Wärmeenergie und
km der Widerstand der zurückgehaltenen Ver-
fc_-mung, welcher eine Funktion der Temperatur
T0* ist.
- (4ρ/πάη2ν) ■ J2 - km hn (DO/dn) -JI ,
Cp . γ · Ρ •••lJ)
05 worin ist P die Walzkraft aller Walzgerüste,
J2 der Umwandlungskoeffizient von Kraft in
Wärmeenergie und
ß das Verhältnis, bei dem die Wärmeenergie auf das gewalzte Material und die Walzen 10 verteilt wird.
worin ist Tr die Temperatur der Walzen,
15 k die Wärmeleitfähigkeit (= —-—), die thermi
sche Leitfähigkeit,
Atr die erforderliche Zeit zum Bewegen des gewalzten Materials vom Einlaßthermometer zur ersten Wasserkühleinheit 2a, und
20 Dr der mittlere Durchmesser (Dr = — j£z di)
der Stange in dem kontinuierlichen Walzwerk .
(2) Dann wird die Temperatur T4 am Auslaß der zweiten Was 25 serkühleinheit 2a unter Verwendung der Legekonus-Soll temperatur Tr* durch folgende Gleichung berechnet:
At45 Λ* + 273 }4
X4 L5 cpydn { 100 ] --
worin ist σ die Stefan-Boltzmann-Konstante,
ε der Radiationskoeffizient des Stangenmaterials, Δ t.ς die erforderliche Zeit zum Bewegen des
Materials vom Auslaß der zweiten Wasserkühl-35 einheit 2b zum Legekonus-Thermometer 7.
(3) Danach wird der Temperaturabfall AT93 infolge der Luftkühlung an einem Punkt zwischen der ersten und zweiten Wasserkühleinheit 2a, 2b festgestellt. Wo der Punkt gleich beabstandet von der ersten und zweiten Wasserkühleinheit .05 2a,2b ist, kann die Temperatur T^ am Auslaß der ersten Wasserkühleinheit 2a ausgedrückt werden durch:
(T1 - T4)
T2 = T1 — ...(6)
T4 - Tw
"ΤΪ - Tw
werden:
worin Tw die Wassertemperatur ist. Der Temperaturabfall AT9-, kann unter Verwendung von T9 wie folgt ausgedrückt
4σε At23 1 T2
AT 1 J
ΔΤ23 ~ cpydn ( fÖÖ ' ..
(4) Aus dem vorstehenden wird ein Gesamttemperaturabfall ATWasser an der ersten und zweiten Wasserkühleinheit gegeben durch:
ATWasser = (T1 - T4) - AT33 ...(8) 25
Eine mittlere thermische Leitfähigkeit h, welche für das Kühlen des Materials durch den Temperaturabf all ATWasser in den beiden Wasserkühleinheiten erforderlich ist, kann unter Verwendung der Temperatur T.. am Einlaß der ersten Wasserkühleinheit 2a wie folgt abgeleitet werden:
E = cp-yfo .Äu / TI-Tw
2 Atw *u MT1 - ATWasser - Tw)'
- ίο -
(6) Es ist bekannt, daß die mittlere thermische Leitfähigkeit h der Wasserkühleinheiten und die Strömungsmenge Q folgendes Verhältnis zueinander haben:
h = AQB ...(10)
worin A und B Konstanten sind.
Somit ergibt sich die Einstellung der Strömungsmenge Q0 durch folgende Gleichung, welche eine Modifizierung der Gleichung (10) ist:
Q0 - Φ1/Β ' ...(H)
Mit der so bestimmten Einstellung der Strömungsmenge QQ gibt die Voreinstell-arithmetische Einheit 10 diese Einstellung an den Solenoidventilkontroller 11 ab.
Eine Strömungsmengenkorrektur durch die Vorbring-Steuerung wird für ein Beispiel beschrieben, bei dem die Einlaßtemperatur von der erwarteten Temperatur T0* unter dem Einfluß einer Rutschmarkierung, einem thermischen Ablaufen oder dgl. unterschiedlich ist. Die Vorbring-arithmetische Einheit 12 berechnet den Unterschied zwischen der tatsächlichen Temperatur T0 an dem Einlaßthermometer 6 und ist eine Temperaturdifferenz entsprechend der folgenden Gleichung:
worin ist: Δ Tp, Δ Tf, Δ Tc die durch die Voreinstell-arithmeti sche Einheit berechneten Temperaturdifferenzen und C eine Konstante.
35
Dann wird ein korrigierter Wert Ah für die mittlere thermi sche Leitfähigkeit, die erforderlich ist, um die Temperatur des Legekonus konform mit der Solltemperatur zu machen, durch folgende Gleichung bestimmt, und zwar unter Verwendung der Differenz AT.. , wie sie durch die Gleichung (12) bestimmt ist:
Ah - cp-Y-dn AT1 ...(13)
2At (T1 - Tw)
Eine korrigierte Strömungsmenge AQ1 für Q1 wird durch
folgende Gleichung bestimmt, wobei Ah verwendet wird:
Die Vorbring-arithmetische Einheit 12 gibt als Ausgang
die korrigierte Strömungsmenge AQ1 den Vorbring-Kontroller 13 ab, welcher eine übliche P-Steuerung auf der Basis
der korrigierten Strömungsmenge AQ1 vornimmt und einen
Ausgangswert AQ1' an die Spurführungseinrichtung 14 abgibt. Die Spurführungseinrichtung 14 führt das Material vom Einlaßthermometer 6 zu den Wasserkühleinheiten auf der Basis der Drehzahl des Motors im kontinuierlichen WaIzwerk, um eine Zeitverzögerung zu berechnen, und addiert. den Wert AQ-' zur Strömungsmengeneinstellung Qq auf der Basis der berechneten Zeit und gibt die Summe an den solenoidbetätigten Ventilkontroller 11 ab.
Entsprechend der vorstehenden Beschreibung ist das Einstellen und Korrigieren, bewirkt durch die Voreinstellarithmetische Einheit 10 und die Vorbring-arithmetische Einheit 12 eine Steuerung des offenen Typs. Um hierfür
eine Kompensation vorzunehmen, wird die Rückkopplungs-
* steuerung auf der Basis der Differenz zwischen dem Ablesen
am Legekonus-Thermometer 7 und der Solltemperatur T * wie folgt durchgeführt:
Die Rückkopplungs-arithmetische Einheit 15 leitet eine Abweichung ΔΤ. der Temperatur am Auslaß der zweiten Wasser kühleinheit 2b von der Differenz Λτ (= T5 - T^*) zwischen dem tatsächlichen Ablesen T5 am Legekonus-Thermometer 7 und der Solltemperatur T^* ab.
AT4= ^ ...(15.
T1 4 6εσΔ t45 ,T4 + 273>3 -,
1 100 cp-γ-Η ( 100 ' ϊ
worin ist= T^ die Temperatur, welche durch die Voreinstellarithmetische Einheit 10 berechnet wurde. Unter Verwendung . der Temperaturabweichung ΔΤ. wird ein korrigierter Wert Ah3 für die mittlere thermische Leitfähigkeit durch folgende Gleichung bestimmt:
h =- CP'Y- dn AT4 ...(16)
2 2AtWasser (T, - Tw)
Eine korrigierte Strömungsmenge Δς^ wird durch folgende Gleichung·bestimmt, und zwar unter Verwendung des vorgenannten korrigierten Wertes Ah3:
Q
Δ02 = h7B *Δίι2 ...(17)
Die Rückkopplungs-arithmetische Einheit 15 gibt die korrigierte Strömungsmenge AQ^ als Ausgang an den Rückkopplungs-Kontroller 16 ab, welcher eine übliche PI-Steuerung auf der Basis der korrigierten Strömungsmenge AQ2 bewirkt, und dann einen Ausgang AQ2' zu der Einstellung QQ addiert und
die Summe an den solenoidbetätigten Ventilkontroller 11 abgibt.
Während bei der vorstehenden Ausführungsform nur zwei Wasserkühleinheiten verwendet werden und auch in den Zeichnungen dargestellt sind, kann eine gewünschte Anzahl von Wasserkühleinheiten durch gleiche Steueranordnungen der Erfindung gesteuert werden. Bei der dargestellten Ausführungsform werden die erwartete Einlaßtemperatur TQ*, die Solltemperatur Τ_* und der Walzplan vom oberen Computer abgegeben, dessen Daten durch die Bedienungsperson eingegeben werden.
Bei der Anordnung der vorliegenden Erfindung erfolgt ein anfängliches Einstellen der Strömungsmenge des Kühlwassers . für die Wasserkühleinheiten entsprechend einem Walzplan ohne daß eine Handbetätigung der Bedienungsperson erforderlich ist. Die Strömungsmenge wird steuerbar auf der Basis der Differenz zwischen dem Ablesen am Einlaßthermometer und einer erwarteten Temperatur dafür, und der Differenz zwischen einem Ablesen am Legekonus-Thermometer und einer Solltemperatur dafür korrigiert. Entsprechend kann die Temperatur des Legekonus bis auf eine Winzigkeit konstant gehalten werden.
25

Claims (3)

  1. H O FFMAN Ν - EITÜE '■& PARTN E R
    PATENT- UND RECHTSANWÄLTE
    PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE . DR. RER. NAT. K. HOFFMANN ■ DIPL.-ING. W. LEHN
    DIPL.-ING. K. FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPL.-ING. K. GORG
    DIPL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE
    38 066 p/hl
    Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha,
    Tokyo / Japan
    Apparat zum Steuern der Stangentemperatur in einem kontinuierlichen Walzwerk
    Patentansprüche
    ( 1.iApparat zum Steuern der Temperatur eines in einer Stangenwalzlinie in eine Stange zu walzenden Materials, gekennzeichnet durch ein erstes Thermometer (6), welches am Eingang des Walzwerkes angeordnet ist, eine Vielzahl von Wasserkühleinheiten (2a,2b),. die dahinter angeordnet sind und bei denen die Strömungsmenge des Kühlwassers einstellbar ist, durch einen Legekonus (3) zum Aufwickeln der Stange, welcher Legekonus mit einem am Auslaß desselben befindlichen zweiten Thermometer (7) versehen ist, wobei die Verbesserung des Apparates dahingehend besteht, daß dieser eine arithmetische Vorrichtung (10,12) zum Berechnen der Strömungsmenge des Kühlwassers auf der Basis eines Walzplanes für das kontinuierliche Walzwerk, einer erwarteten Temperatur am Einlaß des kontinuierlichen Walzwerkes und einer Solltemperatur am Legekonus (3) umfaßt, sowie eine Steuervorrichtung, welche
    T-r-i ι— tsi~T.t-\tr-t~it:O o-f oo
    auf ein Berechnungsresultat der arithmetischen Vorrichtung zum Steuern der Strömungsmenge des Kühlwassers anspricht .
  2. 2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die arithmetische Vorrichtung eine Einrichtung zum Berechnen eines korrigierten Wertes der Strömungsmenge auf der Basis der Differenz zwischen einem tatsächlichen Ablesen am ersten Thermometer (6) und einer erwarteten Temperatur am Einlaß des kontinuierlichen Walzgerüstes und einer Strömungsmengeneinstellung (QO) von der Zeit, wenn das Material zum ersten Thermometer gelangt, umfaßt, und daß die genannte Steuervorrichtung eine Einrichtung zum Korrigieren der Strömungsmenge auf der Basis eines Berechnungsresultats durch die erstgenannte Einrichtung und zum Spurführen des Materials von den ersten Temperatur- zu den Wasserkühleinheiten umfaßt, um die Korrekturzeit zu berechnen.
  3. 3. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t , daß die arithmetische Vorrichtung eine Einrichtung zum Korrigieren der Strömungsmenge auf der Basis der Differenz zwischen dem tatsächlichen Ablesen vom zweiten Thermometer (7) und einer Solltemperatur dafür und eine Strömungsmengeneinstellung (QO) für die Zeit korrigiert, wenn die Stange zum zweiten Thermometer zurückkehrt, wobei die Steuervorrichtung eine Einrichtung zum Korrigieren der Strömungsmenge auf der Basis eines Berechnungsresultates der erstgenannten Einrichtung umfaßt.
DE19833301631 1982-01-19 1983-01-19 Apparat zum steuern der stangentemperatur in einem kontinuierlichen walzwerk Granted DE3301631A1 (de)

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