DE3843730C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Bandbreite beim Warmbandwalzen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Bandbreite beim WarmbandwalzenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Regeln der Bandbreite beim Warmbandwalzen gemäß den
Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 9.
Durch Warmbandwalzen auf modernen kontinuierlichen
Walzstraßen mit meist fünf oder mehr Walzgerüsten in der
Fertigstaffel soll neben der Beeinflussung der
technologischen Kennwerte des Bandes durch geregeltes
thermomechanisches Walzen eine in engen Toleranzen
vorbestimmte Fertiggeometrie des Bandes eingestellt
werden.
Bei gegebenem Einlaufquerschnitt und bekannter
Einlaufgeschwindigkeit eines Bandes sowie erwünschtem
Auslaufquerschnitt des Bandes wird dessen zwangsläufige
Streckung während des Walzens durch von Gerüst zu Gerüst
kaskadenartig steigende Walzgeschwindigkeit und damit
steigende Walzendrehzahl in Abhängigkeit von der in der
Regel degressiv gestuften Stichabnahme kompensiert. Mit
zunehmender Verweilzeit kühlt das Band vor und in der
Fertigstaffel aus; daher wird die
Basiswalzgeschwindigkeit und somit die Wärmeabgabe
aufgrund erhöhter Formänderungsarbeit stetig gesteigert,
um die metallurgisch wichtige Endwalztemperatur
annähernd konstant zu halten (Temperature-speed-up).
Diese Vorgaben für die Geschwindigkeitsverhältnisse und
die rechnerischen Leerwalzspalthöhen der Einzelgerüste
gibt ein Solleitwertrechner vor.
Die Bandgeschwindigkeit und die
Walzenumfangsgeschwindigkeit sind aber nur in der
Fließscheide gleich. Das Material erfährt eine Vor- und
Nacheilung im Walzspalt. Um dadurch entstehende Probleme
zu vermeiden, können Walzstraßen mit einer
Bandzugregelung durch Drehzahlanpassung und/oder
Schlingenheber ausgerüstet sein, die zusätzlich zu einer
Walzspaltkontrolle und Walzkraftmessung sowie
Banddickenmessung eine Steuerung der Walzstraße
ermöglichen (Iron and Steel Engineer, 9/84, Seite
45-51). In dieser Veröffentlichung ist außerdem
detailliert die Funktionsweise einer belastungsabhängigen
Regelung der Walzspalthöhe (Lagerspiel- und
Gerüstdehnungskompensation) und die Möglichkeit des
Verzichtes auf Schlingenheber zwischen den ersten
Gerüsten der Fertigstaffel dargestellt, wobei die
Schlingenheber durch eine Minimalzugregelung aufgrund
bekannter Walzkräfte und Motormomente und daraus
resultierender Drehzahländerung der Arbeitswalzen ersetzt
werden.
Es ist auch schon versucht worden, eine größtmögliche
Genauigkeit der Banddicke zu erreichen, indem für die aus
dem Stichplan resultierenden Walzspalthöhen jedes
Gerüstes eine Korrektur der gemessenen Dickentoleranzen
durch Verstellen des Lastwalzspaltes während des Walzens
zu realisieren (DE-OS 36 37 043) oder den gesamten
Materialstrom durch eine Walzstraße durch eine
Minimalzugreglung allein mittels Drehzahlkorrektur der
Arbeitswalzen sowie eine Dickenregelung am ersten Gerüst
zu beeinflussen (DE-OS 27 21 973). Eine Berücksichtigung
der Bandbreitenschwankungen in der Fertigstaffel wurde
nicht offenbart.
Aus der DE-OS 22 49 366 ist ein Meß- und Regelsystem für
Fertigstaffeln bekannt, mit dem primär die Zugspannung im
Band zwischen den Gerüsten durch Schlingenheber und die
Bandbreite hinter der Fertigstaffel gemessen und durch
Drehzahlsteuerung die Zugspannung und damit die
Banddicke vernachlässigt werden oder fakultativ als
Faktor in die Spannungsberechnung einfließen, um die
Zugspannung möglichst konstant zu halten. Falls die
Zugspannung zu einer Änderung der Blechdicke führt, soll
dies durch Drehzahl und Drucksteuerungsgeräte an den
Gerüsten berichtigt werden. Eine Bandvorratsreglung durch
Ändern der Walzenspalthöhe ist nicht offenbart; ebensowenig
die Art des Spannungsfühlers.
Von daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Regeln der Bandbreite beim
Warmwalzen von Bändern in der Fertigstaffel einer
Walzstraße vorzuschlagen, die ein genaues und schnelles
Einstellen der Bandbreite ermöglichen bei relativ
geringem Aufwand für eine praxisnahe Regeloptimierung.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ansprüche 1
und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen erfaßt.
Verfahrensbedingt sind die Massenströme am Einlauf und
Auslauf der Fertigstaffel gleich groß. In der bekannten
Kontinuitätsgleichung ändern sich jedoch während des
Verfahrensablaufes die Parameter Breite, Dicke,
Geschwindigkeit und Wichte des Bandes. Mit Ausnahme der
Wichte lassen sich die Parameter an der Walzstraße direkt
messen. Die Wichte als Funktion von Walztemperatur und
Materialart wird nur als implizite statistische Größe
während des Walzens erfaßbar. Die Wichteänderung von ca.
0,1% während des Warmwalzens ist vernachlässigbar.
Die Erfindung berücksichtigt die Erkenntnis, daß der
Bandvorrat zwischen den Gerüsten geregelt werden muß, um
einen stabilen Betriebszustand beim Warmwalzen zu
erreichen.
Wenn man sich die Walzstraße als Regelstrecke, der die
Regelkreise für die Soll-Leitwerte Drehzahlen und
Leerwalzspalte beziehungsweise Lastwalzspalte zugeordnet
sind, vorstellt, erhält man als wichtige Ausgangssignale
die Walzkräfte, die Walzmomente, die
Schlingenheberwinkel, die auslaufende Banddicke und die
Auslaufgeschwindigkeit. Als Stellgrößen stehen die
Drehzahlen der Walzen und die Walzspaltzustellungen zur
Verfügung. Die Drehzahlen beeinflussen die
Schlingenheberwinkel und die Materialflußgeschwindigkeit;
die Walzspaltzustellung beeinflußt ebenfalls die
Schlingenheberwinkel, die Materialflußgeschwindigkeit
sowie die resultierenden Banddicken. Als Störgröße wirkt
in erster Linie in dieser Regelstrecke die Variation der
Formänderungsfestigkeit des Bandes als Funktion von
Materialart und Temperatur. Dazu gehören auch sogenannte
Skidmarks (Schienenschatten) aus der Brammenerwärmung.
Auch Unregelmäßigkeiten beim Längsteilen oder Vorwalzen
von Brammen sowie fehlende seitliche Stauchaggregate in
der Vorwalzstraße lassen Bandbreitenschwankungen
entstehen.
Im einfachsten Falle könnte, wie an sich bekannt, die
vorhandene Schlingenregelung durch Drehzahlkorrektur der
Arbeitswalzen vor oder hinter der betreffenden Schlinge
benutzt werden, um durch Erhöhen oder Erniedrigen des
Bandzuges und damit des Bandvorrates in der Schlinge die
Bandbreite zu korrigieren.
Da genügend Stellgrößen zur Beeinflussung des
Regelsystems zur Verfügung stehen, kann aber auch primär
auf eine Drehzahlverstellung der Walzen verzichtet
werden. Eine Walzspalthöhenänderung kann wesentlich
schneller geschehen als eine Änderung der Walzendrehzahl,
so daß sich die Zustellung des Walzspaltes als Stellgröße
für eine Bandvorratsregelung zur Korrektur der Bandbreite
an den Gerüsten am besten eignet.
Die Stellsignale für diese Bandvorratsregelung werden von
einem Breitenregler erzeugt, der seinerseits mit Signalen
von einer oder mehreren Bandbreitenmessungen beaufschlagt
wird, die Meßwerte mit den Sollwerten vergleicht und
gegebenenfalls bei Abweichungen vom Sollwert den
Bandvorratsregler mit einem Signal beaufschlagt, so daß
der Bandzug geändert wird.
Die Breitenmessung erfolgt möglichst dicht hinter dem
letzten Gerüst, vorzugsweise mit einer
Diodenzeilenkamera, die die Bandkanten als Kontrast zu
einer Gegen-Lichtquelle unter dem Warmband erfassen.
Die Regelung der Bandbreite erfolgt dann derart, daß vom
Bandvorratsregler der Bandzug vor dem letzten Stich,
ermittelt durch die Reaktionskraft auf eine
festeinstellbare Umlenkrolle unter dem Warmband, sowie
das Änderungssignal vom Breitenregler derart umgesetzt,
daß der Walzspalt des letzten Gerüstes geändert wird.
Die Folge ist, daß das Warmband eingeschnürt oder
entlastet und damit breiter oder schmäler wird. Eine Änderung der
Breite hat zumindest in Grenzen auch eine Änderung der
Dicke zur Folge, so daß sinnvollerweise die Enddicke des
Bandes erfaßt wird und Dickenänderungen über einen
Dickenregelkreis am letzten Gerüst ausgeregelt werden.
Dazu kann der Dickenregler die automatische
Lastwalzspaltkontrolleinrichtung mit einem
Korrektursignal für die notwendige Walzspalthöhe
beaufschlagen. Durch diese Verfahrensweise wird der
Bandvorrat kontrolliert den Erfordernissen angepaßt.
Eine Breitenmessung nur nach dem letzten Stich hat aber
Nachteile, da durch die Verzögerung ein Teil des Bandes
nicht mehr korrigiert werden kann. Daher kann
erfindungsgemäß auch eine Breitenmessung vor dem
vorletzten Gerüst installiert werden, so daß die
Bandbreite zwischen den beiden letzten Stichen
vorgesteuert werden kann.
Ideal wäre eine Breitenmessung an beiden Stellen, um das
Ergebnis der Breitenkorrektur aufgrund der ersten Messung
kontrollieren und genauer ausregeln zu können.
Erfindungsgemäß kann die Breitenkorrektur auch zwischen
den beiden ersten Stichabnahmen erfolgen oder die
Breitenkorrektur kann auf die beiden genannten Abschnitte
der Fertigstaffel aufgeteilt werden, so daß größere
Schwankungen der Breite ausgeregelt werden können, ohne
daß zu große unerwünschte Regelhübe entstehen.
Eine optimale Breitenregelung kann jedoch die
resultierenden Änderungen der Banddicke nicht
vernachlässigen. Die eingangs beschriebene einfache
Methode der Dickenregelung am letzten Gerüst läßt nur
geringe Korrekturen zu, zumal im letzten Gerüst auch die
Stichabnahme absolut den geringsten Betrag ausmachen
sollte. Daher ist es sinnvoll, den Bandzug über die ganze
Fertigstaffel zu kontrollieren und durch eine ständige
Bandvorratsregelung mit hoher Regelgeschwindigkeit zu
ergänzen.
Dazu wird der übliche Leit-Sollwert für den
Positionsregelkreis "Leer-Walzspalt" nach Einlauf des
Bandes in das erste Gerüst gerüstweise durch Stellsignale
der einzelnen Bandvorratsregler abgelöst. Die
Bandvorratsregler steuern in der Folge den Massenfluß,
rechnerisch den Volumenfluß, in der Fertigstaffel für die
Warmbandstrecke mit Ausnahme des Bandendes. Kurz bevor
das Bandende ein Gerüst erreicht, löst die bekannte
automatische Lastwalzspalt-Kontrolleinrichtung die
Bandvorratsregelung wieder ab. Bei diesem
Umschaltverfahren werden der momentanen Istwerte der
Banddicke beziehungsweise der Walzspalte stoßfrei als
Sollwerte übernommen, um ein erneutes Einschwingen der
Regelkreise zu vermeiden. Für die einzelnen primär
unabhängig voneinander wirkenden Bandvorratsregler werden
unterschiedliche Indikatoren als Regelgröße verwendet.
Eine Sollwertabweichung beziehungsweise den Istwert für
einen bestimmten Bandvorrat eines Abschnittes der
Fertigstaffel liefert entweder die Bandzugermittlung oder
die Winkelmessung des Schlingenheberausschlages.
Davon unterscheidet sich die Regelung des ersten
Gerüstes. Hier kann die Dicke und die Geschwindigkeit des
einlaufenden Bandes - unter der zulässigen Annahme, daß
momentan eine konstante Bandbreite vorliegt - also ein
Massenstromäquivalent gemessen werden. Bei Änderung der
Dicke oder Geschwindigkeit des Bandes kann der Walzspalt
so am ersten Gerüst eingestellt werden, daß der
Massenstrom, rechnerisch vereinfacht als Produkt aus
Dicke und Geschwindigkeit, durch Rückstau des Materials
konstant bleibt.
Die Schlingenregelung zwischen den vorderen Gerüsten kann
durch eine Zugregelung des Bandes ersetzt werden. Dadurch
erreicht man eine relativ gute Planlage des Bandes. Dies
ermöglicht den Einsatz einer Dickenmeßanlage hinter dem
ersten Gerüst und damit die zusätzliche Möglichkeit der
Dickenregelung des Warmbandes am ersten Gerüst.
Es hat sich in Versuchen überraschend die Annahme
bestätigt, daß man auf teure schwenkbare Schlingenheber
zwischen den ersten Gerüsten ganz verzichten kann und den
Schlingenheber vor dem letzten oder mehreren der letzten
Gerüste als einfache, vertikal verfahrbare Umlenkrolle
gestalten kann, wenn man die erfindungsgemäße
Verfahrenskonzeption anwendet.
Die Wirksamkeit der vorderen Schlingenheber ist sowieso
durch die Bandsteifigkeit relativ gering, und der gleiche
Effekt kann durch ein aus gemessenen Wellenmomenten der
Arbeitswalzen und Walzkräften errechneten Bandzug mittels
Bandvorratsregelung des folgenden Gerüstes erreicht
werden.
Bei der Ermittlung der Bandzugspannung zwischen den
Gerüsten kann erfindungsgemäß die Methode der
Funkübertragung von DMS-Drehmomentmessungen angewendet
werden. Gegenüber der Momentermittlung aus den Strom- und
Spannungswerten der Walzenantriebe erfaßt die DMS-Methode
verlustfrei die Torsionsmomente direkt an der
Arbeitswalzenwelle. Die Ergebnisse stehen dann durch die
Funkübertragung verzögerungsfrei für die Zugberechnung
zur Verfügung.
Die Auswahl der geeignetsten Indikatoren, die eine
Variation des Massenflusses beziehungsweise Bandvorrates
vor einem Gerüst anzeigen, wird jeweils nach deren
günstigsten Eigenschaften hinsichtlich der Bedingungen
getroffen: geringster Aufwand an Investitionen, größte
Regelgeschwindigkeit und beste Wirkung auf die
Bandgeometrie. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, den
Schlingenheberwinkel möglichst konstant zu halten, weil
dadurch Schwierigkeiten, die aus der nicht
winkelproportionalen Kraftwirkung der Schlingenheber auf
das Band resultieren, bei der Ausregelung verhindert
werden.
Sollte die Banddicke hinter der Fertigstaffel trotz
Bandvorratsregelung noch außerhalb der gewünschten
Toleranzen liegen, kann erfindungsgemäß eine die
Bandvorratsregelung ergänzende Dickenregelung eingesetzt
werden. Dazu wird der mit einem Durchstrahlungsmeßgerät -
Gammastrahler Caesium 137 - gemessene Dicken-Istwert
einem Dickenregler zugeführt, der gegebenenfalls zwei
Stellsignale korrelierend zu dem Maß der Abweichung von
der Solldicke erzeugen kann. Im eingangs beschriebenen
einfachsten Regelkonzept wirkt der Dickenregler dann auf
die Lastwalzspaltkontrolle ein. Da in diesem Fall aber
für die Bandvorratsregelung die Stellgröße Walzspalt
genutzt wird, ist hier eine andere Lösung sinnvoll.
Eine Dickenänderung läßt sich als Trend im Dickenmeßgerät
hinter der Fertigstaffel erfassen, und somit kann durch
Änderung des Drehzahltrends der Arbeitswalzen zwischen
zwei Gerüstgruppen der Fertigstaffel örtlich der
Bandvorrat erhöht oder verringert werden, mit dem Effekt,
daß der Bandvorratsregler eingreift und die Banddicke
ändert. Gleichzeitig kann ein Korrektursignal -
zeitverzögert zur Anpassung an die höhere
Regelgeschwindigkeit des Walzspaltregelkreises - an den
Walzspaltregler des betroffenen Gerüstes geleitet werden,
damit sich der Bandvorrat tatsächlich nicht ändert.
In dieses Konzept wird die Breitenregelung durch
Walzspaltverstellung einbezogen.
Dazu gibt der eingangs erwähnte Breitenregler ein Signal
an den Bandvorratsregler des letzten Gerüstes, der dann
wiederum die Zugspannungsänderung durch Verstellung des
Walzspaltes und nicht - wie beim einfachsten Konzept -
der Drehzahlen der Arbeitswalzen erzeugt. Mit dieser
schnellen dynamischen Regelung lassen sich die
Breitenschwankungen korrigieren, ohne daß die langsamere
Dickenregelung über Drehzahlverstellung für Kompensation
sorgt. Ansonsten muß der Dickenregler ebenfalls eine
Störgrößenaufschaltung erhalten.
Die letzte Stichabnahme muß für diese Regelung so
gestaltet werden, daß sie prozentual größer ist als die
auszuregelnde Bandbreitenschwankung.
Anhand schematischer Zeichnungen soll die Erfindung näher
erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 die Kraftwirkung eines Schlingenhebers,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Regelung für eine
Fertigstaffel als Blockschaltbild.
Das Diagramm in Fig. 1 zeigt die Änderung der
spezifischen Zugspannung im Warmband 10 über der
Winkelstellung (Looperwinkel) eines Schlingenhebers
(Looper) bei 4 bis 10 bar Fluiddruck (Looperdruck) des
Hubzylinders des Schlingenhebers. Jede Winkeländerung des
Schlingenhebers verursacht also Zugschwankungen im Band.
Bei der Bandvorratsregelung sind damit die
Bandzugänderungen wesentlich geringer als bei der
konventionellen Schlingenregelung.
Fig. 2 zeigt die Verhältnisse an der Fertigstaffel einer
Walzstraße für Warmbreitband 10 mit sieben Walzgerüsten
1 . . . 7, vier schwenkbaren Schlingenhebern 12 . . . 15 und
einer vertikal verstellbaren und arretierbaren
Umlenkrolle 16 mit Kraftmeßeinrichtung 9. Die Antriebe,
Meßgeräte und Stellorgane sind der besseren Übersicht
wegen nicht alle dargestellt. Jedes Gerüst verfügt über
einen Bandvorratsregler BVR und am letzten Gerüst ist
zusätzlich ein Dickenregler DR installiert. Gemäß dem
Stand der Technik verfügt jedes Gerüst außerdem über
einen Positionsregler PR und eine automatische Last-
Walzspaltkontrolle AGC, der von einem Walzspaltrechner
HR, die aktuell aus Walzkraft f und der angezeigten
Position s der Walzen errechneten Walzspalte h erhält.
Bei der folgenden Funktionsbeschreibung sollen große
Buchstaben Sollwerte und kleine Buchstaben Istwerte
kennzeichnen.
Alle Sollwerte für die Walzendrehzahlen NL werden von
einem nicht dargestellten Leit-Sollwertrechner fest
vorgegeben und während des Walzens entsprechend dem
gewünschten Stichplan rampenförmig und dem gewünschten
Temperature-speed-up tendenziell erhöht.
Drehzahlregler DNR sorgen dafür, daß die Drehzahlen ihre
momentanen Sollwerte N1 . . . N7 einhalten.
Die Sollwerte der Walzspalthöhen SL werden ebenfalls vor
Walzbeginn vom Leit-Sollwertrechner vorgegeben. Sie
müssen während des Walzens ständig nachgeregelt werden,
um sich an den Materialstrom beziehungsweise Bandvorrat
anzupassen. Die nötigen Stellsignale delta S liefern die
Bandvorratsregler BVR. Jeder Bandvorratsregler BVR
bezieht seinen Istwert aus dem in das jeweilige Gerüst
1 . . . 7 einlaufenden Bandstück, während sein Sollwert SL
konstant ist. Die als Istwert verwendete physikalische
Größe ist in allen Fällen ein Maß für den Vorrat an
Bandvolumen (Massenvorrat) vor dem Gerüst und nach dem
Vorgängergerüst. Die Bandvorratsregler BVR regeln also
auf konstanten Bandvorrat zwischen den Gerüsten 1 . . . 7.
Beim ersten Gerüst wird die nicht dargestellte nominelle
Dicke H Z als Sollwert und die aktuelle Dicke hZ als
Istwert verwendet. Streng genommen ist dieser
Bandvorratsregler BVR also lediglich ein Dickenregler. Er
kann durch die Dicke h0 vorgesteuert werden.
Bei den Gerüsten 3 bis 6 dienen Schlingenheberwinkel
a12 . . . a15 als Istwerte für die Bandvorratsregler BVR.
Jeder Winkel ist ein Maß für die vorrätige Bandlänge.
Bei den Gerüsten 2 beziehungsweise 7 wird die im
einlaufen Bandstück vorhandene Zugkraft z1
beziehungsweise z6 als Istwert für den jeweiligen
Bandvorratsregler BVR verwendet. Die Zugkraft gibt den
Bandvorrat an, der verfügbar ist, wenn sich das Material
plastisch verformt. Bei kleiner Zugkraft ist der Vorrat
größer als bei großer Zugkraft. Sehr unterschiedlich sind
bei den Gerüsten 2 und 7 die Methoden zur Ermittlung der
Zugkräfte z1 und z6. Die Zugkraft z1 vor dem Gerüst 2
wird aus den Meßwerten der Walzkraft f und des
Drehmomentes m der Arbeitswalzenwelle im Gerüst 1 vor und
nach dem Einlaufen des Bandes 10 im Gerüst 2 im
Bandzugrechner ZB berechnet.
Das Drehmoment m wird durch nicht dargestellte
Dehnungs-Meß-Streifen festgestellt und per Funk an den
Bandzugrechner ZB übertragen.
Um die Zugkraft z6 vor dem Gerüst 7 zu bestimmen, wird
eine mit einem Kraftsensor 9 ausgerüstete Umlenkrolle 16
benutzt. Sie wird dazu unmittelbar nach dem Anstich des
Gerüstes 7 hydraulisch vertikal in ihre Sollposition
eingefahren und dort blockiert.
Der Verfahrensablauf beim Fertigwalzen eines Warmbandes
ist wie folgt geregelt:
Nach Einlauf des Bandes 10 in Gerüst 1 werden die Dicken
h0 und hZ mit den Dickenmessern D0, DZ sowie das
Drehmoment in und die Walzkraft f beziehungsweise der
Quotient m/f ermittelt. Die Dicke wird dem BVR
zugeleitet, der die weitere Regelung an Gerüst 1
übernimmt. Nach Einlauf des Bandes 10 in Gerüst 2 ändern
sich die Meßwerte m und f sowie deren Quotient. Aus der
Änderung wird im Bandzugrechner ZB die Bandspannung
beziehungsweise Zugkraft z1 ermittelt und damit der
Bandvorratsregler BVR an Gerüst 2 beaufschlagt, der im
folgenden die Lastwalzspalthöhe s2 steuert. Die
Kontrolle erfolgt dabei über den Positionsregler PR. Nach
Anstich des Gerüstes 3 wird der Schlingenheber 12 in
Sollposition gefahren, eine Sollwertabweichung von a12
führt durch den Bandvorratsregler BVR an Gerüst 3 zu
einer Änderung der Lastwalzspalthöhe s3. Das gleiche
Verfahren gilt für die Gerüste 4, 5, 6. Nach Anstich des
Gerüstes 7 wird die Umlenkrolle 16 wie zuvor die
Schlingenheber in die Sollposition gefahren und dort
arretiert. Kraftsensor 9 ermittelt die Zugkraft z6 und
beaufschlagt damit den Bandvorratsregler BVR an Gerüst 7.
Alle Bandvorratsregler BVR sorgen durch gegebenenfalls
notwendige Änderung der Walzspalte für einen konstanten
Bandvorrat zwischen den Gerüsten, mit der Folge, daß die
Schlingenheber 12 . . . 15 nur in engen Grenzen schwingen.
Dadurch werden bei "richtiger" Voreinstellung der
Banddicke HZ sehr geringe auszuregelnde Abweichungen
erzielt, die dann noch durch die sehr schnelle
Walzspaltverstellung korrigiert werden.
Trotzdem können durch Störungen, beispielsweise
resultierend aus Temperatur- oder Dickendifferenzen des
Vorbandes, die gewünschten Dickentoleranzen hinter der
Fertigstaffel überschritten werden. Dies wird durch eine
abschließende Dickenmessung festgestellt. Zur Korrektur
wird die Bandvorratsregelung ergänzt durch eine Regelung
der Austrittsdicke hE. Die Wirkungsweise der
Dickenregelung mit Hilfe des Dickenreglers DR ist aus
folgender Überlegung abgeleitet worden:
Bei jedem Walzvorgang erhält man die Dicke h des aus dem
Walzspalt austretenden Bandes 10, indem die
Eintrittsdicke in das Gerüst durch den
Verlängerungsfaktor dividiert wird, um den sich die
Bandlänge vergrößert. Die Breitung des Bandes 10 ist
dabei vernachlässigbar. Für die Gerüste 1 bis 7 gilt also
die Beziehung:
h0·v0/v7 = hE.
Dabei sind h0 die Eintrittsdicke und hE die
Austrittsdicken, v0 die Eintrittsgeschwindigkeit in
Gerüst 1 und v7 die Austrittsgeschwindigkeit aus Gerüst 7.
Der Quotient v0/v7 ist der reziproke
Verlängerungsfaktor. Um die Austrittsdicke hE zu
beeinflussen eignen sich nach der Gleichung die Größen h0,
v0 und v7. Diese drei Größen wirken in diesem
Regelkreis jedoch verschieden schnell auf die
Austrittsdicke hE ein. Die Gleichung beschreibt nur den
stationären Gleichgewichtszustand; das dynamische
Verhalten ist anders. Am langsamsten wirkt sich die
Eintrittsdicke h0 auf die Austrittsdicke hE aus.
Verzögernd wirkt hier die Laufzeit des Bandes 10 durch
alle Gerüste. Mindestens zehnmal schneller ist der
Einfluß der Geschwindigkeit v0. Ihre Wirkung wird nur
verzögert durch das Einschwingen der sechs nacheinander
eingreifenden Bandvorratsregelkreise. Am schnellsten wird
die Austrittsdicke hE durch die Geschwindigkeit v7
beeinflußt, weil hier nur der letzte
Bandvorratsregelkreis einschwingen muß. Als Stellglied
für einen Dickenregelkreis eignet sich daher am besten
die Geschwindigkeit v7. Im Regelkonzept der Walzstraße
gemäß Fig. 2 liefert der Dickenregler DR ein
Korrektursignal delta v7, das zu der vom Rechner über
die Walzendrehzahl N7 vorgegebenen Geschwindigkeit
positiv oder negativ addiert wird. Statt dessen könnte man
auch den Temperature-speed-up für die Gerüste 1 bis 6 um
den Wert delta v7 verändern.
Große Regelhübe des Dickenreglers DR sind unerwünscht,
denn sie bedeuten eine Lastumverteilung unter den
Gerüsten. Um dem Dickenregler DR Arbeit abzunehmen, kann
deshalb am Eingang der Walzstraße entweder das aus den
Meßwerten h0 und v0 berechnete Produkt durch den
Bandvorratsregler von Gerüst 1 auf einen konstanten Wert
geregelt werden, oder es kann, wie in Fig. 2 dargestellt,
das Produkt hZ×v1 konstant gehalten werden, indem v1
näherungsweise durch den Drehzahlregler des ersten
Gerüstes konstant gehalten wird.
Die Messung der Dickenwerte h0 und hZ könnte daher auch
durch die Messung der aktuellen Dicke h0 mit
Dickenmesser D0 und der aktuellen Einlauf-Geschwindigkeit
v0 ersetzt werden, ohne das Regelprinzip zu ändern.
Die Bandvorratsregler BVR können natürlich ihre
Stellsignale delta s für den Positionsregler PR nur
solange liefern, solange die Bandvorratsindikatoren von
dem jeweiligen Meßgeber fließen. Wenn das Bandende also
einen Meßgeber erreicht, muß also der entsprechende
Bandvorratsregler BVR außer Funktion gesetzt werden. Dann
übernimmt erfindungsgemäß die durch Walzkraft
beaufschlagte Lastwalzspaltkontrolle AGC die weitere
Regelung des Walzspaltes in an sich bekannter Weise. Beim
Umschalten von dem Bandvorratsregler BVR zur
Kontrolleinrichtung AGC wird der augenblickliche
Walzspaltwert stoßfrei übernommen. Aus der Darstellung in
Fig. 2 ergibt sich, daß die Umschaltung von Gerüst 2 auf
AGC erfolgt, sobald das Band 10 das Gerüst 1 verläßt,
weil dann der Bandvorratsregler BVR keine
Zugspannungswerte z1 mehr enthält. Für die Gerüste 3 bis
6 gilt dies analog, da die Schlingenheber außer Funktion
gesetzt werden müssen; für Gerüst 7 kann an Umlenkrolle
16 entsprechend keine wahre Kraftwirkung mehr gemessen
werden.
Für ein neues Band 10 beginnt der Verfahrensablauf wieder
wie beschrieben.
Bei einer derart geregelten Fertigstaffel lassen sich
optimale Breitenkorrekturen des Bandes während des
Walzens durchführen.
Der Breitenmesser 11 erfaßt die Bandbreite b7 nach der
letzten Stichabnahme in Gerüst 7. Im Breitenregler BR
wird der Meßwert mit der Sollbreite BE verglichen. Bei
einer Abweichung errechnet der Breitenregler BR ein
Stellsignal delta Z und beaufschlagt damit den
Bandvorratsregler BVR des Gerüstes 7. Sollte die
Bandbreite b7 zu groß sein, wird das Signal delta Z zur
Aufschaltung eines Zugspannwertes auf den mit der
Zugspannung z6 beaufschlagten Regler BVR führen, der
dann einen zu großen Bandvorrat feststellt und den
Walzspalt an Gerüst 7 um den Wert delta S öffnet, mit der
Folge, daß die Zugspannung im Band vergrößert wird und
die Bandbreite sich verringert. Die Regelwirkung ist
schneller, wenn wie dargestellt, ein weiterer
Breitenmesser 8 vor Gerüst 6 die aktuelle Bandbreite BR
vorsteuert, so daß Breitendifferenzen ortsgetreu ohne
Zeitverlust durch Einschwingen des Regelkreises
ausgeregelt werden können.
Somit ist der Verfahrensablauf an der Walzstraße optimal
regelbar und der Aufwand für Schlingenheber, Meßgeräte
und Regelsysteme wird in Grenzen gehalten. Versuche mit
diesem Regelsystem haben eine Verbesserung der
Bandbreitentoleranz um 20 mm und der Toleranzen für die
Banddicke hE auf Werte von plus/minus 0,04 mm zur
Solldicke von 1,5 mm ergeben.
Claims (10)
1. Verfahren zum kontinuierlichen Regeln der Bandbreite
beim Fertigwalzen von Warmband auf einer
mehrgerüstigen Walzstraße, wobei die Bandbreite
zumindest hinter der Fertigstaffel und die Banddicke
hinter dem letzten Gerüst gemessen und
Dickenänderungen über einen Dickenregelkreis am
letzten Gerüst ausgeregelt werden, gekennzeichnet
durch die Kombination folgender Verfahrensschritte:
- - die Bandbreite (b5, b7) wird kontinuierlich unmittelbar nach dem letzten Stich oder vor dem vorletzten Stich gemessen,
- - die Meßwerte werden einem Breitenregler (BR) zugeführt, dort wird gegebenenfalls eine Sollwertabweichung festgestellt und daraus ein Änderungssignal für die Zugkraft (Z) im Band (10) vor dem letzten Stich errechnet,
- - ein der Zugkraft proportionales Indikatorsignal (z6) wird als Reaktionskraft des Bandes (10) auf eine positionier- und arretierbare Umlenkrolle (16) erfaßt,
- - mit dem Indikatorsignal und dem Änderungssignal wird ein Bandvorratsregler (BVR) beaufschlagt, der den Bandvorrat durch Ändern der Walzspalthöhe (s) vor dem letzten Gerüst (7) ändert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bandbreite (b5, b7) gleichzeitig vor und
hinter den letzten beiden Stichen gemessen wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Bandvorrat aller Gerüste
(1 . . . 7) geregelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
für die Nachstellung der Walzspalthöhe (s) nach
Warmbandeinlauf in ein Gerüst von der
Sollbanddickeneinstellung zu einem Bandvorratsindikator
umgeschaltet und auf einen Walzkraftindikator
umgeschaltet wird, wenn das Band (10) aus dem
vorhergehenden Gerüst (1 . . . 6) ausläuft.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß zusätzlich die Enddicke (hE) des
Warmbandes (10) durch Verstellen der Parameter
Walzspalt oder Drehzahl der Arbeitswalzen geregelt
wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß zusätzlich die Bandbreite
zwischen den ersten beiden Stichen durch Verstellen
der Parameter Walzspalt oder Drehzahl geregelt wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet
durch die Verwendung einer Kombination
unterschiedlicher Indikatoren für den momentanen
Bandvorrat an den Gerüsten einer Fertigstaffel eines
Warmbandwalzwerkes, wobei
- - für das erste Gerüst (1) die Geschwindigkeit (v0) sowie die Banddicke (h0) vor oder die Banddicke (h0) vor und hinter (hZ) dem Gerüst (1),
- - für ein oder mehrere Gerüste (2) das Drehmoment (m) der Arbeitswalzenwelle und die Walzkraft (f) im vorhergehenden Gerüst (1) erfaßt,
- - für mindestens das letzte Gerüst (7) die Zugkraft im Band (z6) vor dem Gerüst (7) durch Kraftmessung mittels einer Umlenkrolle (16) bestimmt,
- - für die sonstigen Gerüste (3 . . . 6) die Auslenkung (a) eines vor dem Gerüst angeordneten Schlingenhebers (12 . . . 15) ermittelt wird,
- - die Dicke (h0, hz, hE) und Breite (b5, b7) des Warmbandes (10) durch berührungslose Strahlungsmessung ermittelt wird,
zur Regelung der Bandbreite (b7) durch Verstellung
der Walzspalthöhe (s) eines Gerüstes (2 bzw. 7) einer
oder mehrerer Arbeitswalzen.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet
durch die Anwendung der Funkübertragung von
Ergebnissen bei der direkten Drehmomentmessung
mittels Dehnungs-Meß-Streifen an den Antriebswellen
der Arbeitswalzen von Fertigstaffelgerüsten (1 . . . 7)
einer Walzstraße zur verzögerungsfreien Ermittlung
der Zugspannung (z1) im Warmband (10), vorzugsweise
zur Regelung der Bandbreite beim Warmwalzen.
9. Fertigstaffel einer Warmbandwalzstraße mit Meß-,
Steuer- und Regeleinrichtungen zum Erfassen und
Beeinflussen der Verfahrensparameter zur Anwendung
des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
gekennzeichnet durch
- - mindestens eine höhenverstellbare, nichtschwingende Umlenkrolle (16) vor dem letzten Gerüst (7) und einen damit verbundenen Kraftmesser (9),
- - ein mit dem Meßgerät (9) und einem Breitenregler (BR) verbundenen Bandvorratsregler (BVR), der auf die Walzspalthöhe (s) einwirkt.
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1988
- 1988-12-22 DE DE19883843730 patent/DE3843730C2/de not_active Expired - Fee Related
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