DE4136013A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern eines walzwerks - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Walzwerks zum Auswalzen von Metallblech o. dgl., insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern oder Regeln von Betriebsgrößen, die Stell­ trieben (actuators) zugespeist werden, welche jeweils an Arbeits- und Antriebsseiten des Walzwerks angeordnet sind, um den Walzbandplanheitsgrad oder die Walzbandbal­ ligkeit bzw. -wölbung des ausgewalzten Blech-Bands einzu­ stellen.

In den letzten Jahren ergaben sich verschiedene Marktan­ forderungen für warm- und kaltgewalzte Bleche und ober­ flächenbehandelte Stahlbleche nicht nur bezüglich Massen­ fertigung, sondern auch bezüglich Güteverbesserung und Verkürzung von Lieferfristen. Um diesen Anforderungen zu genügen, sind bereits verschiedene Verfahren zur Steue­ rung von Walzwerken vorgeschlagen worden.

Ein neueres derartiges Verfahren ist in "Method of Controlling Shape of Rolled Sheet", Nihon Kokan Giho Nr. 122, 1989, beschrieben. Dieses Verfahren ist mit der Steuerung oder Einstellung des Flachheitsgrads von gewalzten Blechen verbunden. Insbesondere wird dabei eine erfaßte oder gemessene Form eines gewalzten Blechs durch eine in Richtung der Blech- bzw. Bandbreite standardi­ sierte Funktion f (x) dargestellt und durch eine ortho­ normale Funktion Φ_i(x) eines Maximums der sechsten Ordnung nach folgender Gleichung angenähert:

Darin bedeuten: x = Position in Richtung der Bandbreite, der Beziehung -1 ·1 genügend, und

(degree) gleich groß oder größer als die sechste Ordnung.

Wenn eine Formänderung durch eine Betriebsgröße ΔJ_j einer Planheitsregelvorrichtung j als Δ F_j(x) definiert wird, bestimmt sich eine vorausgesagte oder vorherbestimmte Form oder Planheit (shape), die durch Operation von n Vorrichtungen mit einer vorbestimmten Größe erzielt wird, durch folgende Gleichung (2):

Eine Auswertungsfunktion der Planheitsregelung ist für den Fall, daß eine Soll- oder Zielplanheit durch f(x) dargestellt ist, durch folgende Gleichung (3) gegeben:

Eine Mindestgröße der Auswertungsfunktion wird durch ΔJ_j gemäß nachstehender Gleichung (4) erhalten:

Φ/ΔJ_j = 0 (j = 1 bis n) (4)

Durch Vorgabe von (∂F/∂J)_j werden in diesem Fall gleich­ zeitig (Simultan-)Gleichungen (4) aufgelöst, womit ein Steuer- oder Regelausgang jeder Planheitsregelvorrichtung gewonnen wird.

Eine Grobregelung erfolgt mittels des obigen Ausgangsbe­ stimmungsschemas, und Restgrößen, d. h. Werte der sechsten oder höheren Ordnung in Gleichung (1), werden durch Feinregelung korrigiert.

Wie oben erwähnt, erfolgt herkömmlicherweise die Plan­ heitsregelung (flatness control) eines ausgewalzten Bands im Bereich von -1 ·1, d. h. über die Gesamtbreite. Dies bedeutet, daß die herkömmliche Planheitsregelung kollektiv Operationen über die Gesamtbreite des Bands durchführt.

Bei einem tatsächlich in einem Walzwerk ausgewalzten Band bzw. Walzband ist dessen Planheit oder Balligkeit (Wöl­ bung) eines sich vom Zentrum zur Arbeitsseite (WS) des Bands erstreckenden Abschnitts nicht notwendigerweise symmetrisch zu derjenigen vom Zentrum zu einer Antriebs­ seite (DS) des Bands, wodurch die Präzision der Plan­ heits- und Balligkeitsregelung beeinträchtigt wird. Dieser Nachteil tritt typischerweise bei besonders breiten Walzbändern auf.

In den letzten Jahren hat sich ein besonders großer Bedarf nach einer Verbesserung der Güte (des Ausbringens) von breiten Walzbändern (d. h. solchen einer Breite von etwa 1000-2000 mm) ergeben.

Da beim bisherigen Verfahren zum Steuern oder Regeln des Walzwerks die Regelung kollektiv über die Gesamtbreite des Bands erfolgt, kann Planheit oder Balligkeit der Walzbahn nicht mit hoher Genauigkeit geregelt werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Steuern (bzw. Regeln) eines Walzwerks, wobei die Planheit oder Balligkeit eines Walzbands mit hoher Genauigkeit auf eine gewünschte oder Soll-Größe eingestellt werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern (oder Regeln) eines Walzwerks, bei dem ein durch eine Reduktionswalze des Walzwerks ausgewalztes Walzband in Richtung seiner Breite in mehrere Bereiche unterteilt wird, die Planheit des Walzbands in der Anzahl von Bereichen gemessen wird und Betriebsgrößen (operation amounts), wie Biegekraft, Richtkraft und eine Verschiebe­ kraft, die durch jeweils an Antriebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalze angeordnete Stelltriebe an Antriebs­ und Arbeitsseiten derselben auf die Reduktionswalze ausgeübt oder zur Einwirkung gebracht werden, entspre­ chend jedem Planheitsmeßwert und Einflußkoeffizienten der Stelltriebe berechnet werden, wobei die Einflußkoeffizi­ enten Grade der Einflüsse auf die Planheit des Bands aufgrund der von den Stelltrieben auf die Reduktionswalze ausgeübten Betriebsgrößen repräsentieren. Die Stelltriebe für Antriebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalze werden jeweils unabhängig nach Maßgabe der Betriebsgrößen betrieben. Durch Steuerung des Walzwerks auf diese Weise können Planheit und Balligkeit des Walzbands mit hoher Genauigkeit auf eine gewünschte oder Soll-Größe einge­ stellt werden.

Zur Lösung der obigen Aufgabe wird ein durch eine Reduk­ tionswalze des Walzwerks hergestelltes Walzband in Richtung seiner Breite in eine Anzahl von Bereichen unterteilt, und die Dicke des Walzbands wird in den mehreren Bereichen gemessen, um eine Balligkeit (crown) des Walzbands zu ermitteln. Die durch die Stelltriebe von den Antriebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalze her ausgeübten Betriebsgrößen werden nach Maßgabe von die Planheit und Balligkeit des Walzband beeinflussenden Einflußkoeffizienten der Stelltriebe und von Balligkeit- Meßwerten ermittelt. Die Stelltriebe für die Antriebs­ und Arbeitsseiten der Reduktionswalze werden unabhängig (getrennt) entsprechend den berechneten Betriebsgrößen betrieben (oder angesteuert). Demzufolge können mittels der genannten Operationen Planheit (flatness) und Bal­ ligkeit (crown) des Walzbands auf eine gewünschte Größe eingestellt werden.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung einer Vorrichtung zum Steuern (oder Regeln) eines Walzwerks gemäß einer Ausführungsform der Erfin­ dung,

Fig. 2 eine schematische (perspektivische) Darstellung der Ausbildung eines Band-Planheitsmessers, der bei der Vorrichtung nach Fig. 1 angeordnet ist,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Prinzips der Messung mittels des Planheitsmessers,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Anordnung eines Stelltriebteils, der in der Vorrichtung nach Fig. 1 betrieben wird,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Kühlmitteleinheit als einer der Stelltriebe bei der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Beziehung zwischen einer mittels der Vorrichtung nach Fig. 1 gesteuerten Reduktionswalze und den Betriebsgrößen und

Fig. 7 ein Ablaufdiagramm der Berechnung von Stelltrieb-Betriebsgrößen bei der Vorrichtung nach Fig. 1.

Das in Fig. 1 dargestellte Walzwerk 1 als (Re­ gel-)Zielobjekt ist ein Sechswalzen-Walzwerk mit Redukti­ onswalzen in Form zweiter Arbeitswalzen (WR) 2a und 2b, zweier Zwischenwalzen (IMR) 3a und 3b und zweier Stütz­ walzen 4a und 4b.

Die Steuer- oder Regelvorrichtung gemäß dieser Ausfüh­ rungsform umfaßt eine Walzband-Planheitsmeßvorrichtung 6 zum Unterteilen eines im Walzwerk 1 ausgewalzten Walz­ bands 5 in n Bereiche in Richtung seiner Breite und zum Messen von Planheitswerten oder -größen in den n Berei­ chen, eine Planheitseinstelleinheit 7 zum Einstellen einer Planheitsreferenz für das Walzband, eine Addierstu­ fe 8 zum Berechnen einer Differenz zwischen dem Plan­ heitsmeßwert und der -referenz, eine Planheitsregelein­ heit 9 sowie Stelltriebe (Betätigungseinheiten) 10.

Gemäß Fig. 2 umfaßt die Planheitsmeßvorrichtung 6 n Drucksensoren 6-1 bis 6-n, die z. B. in Richtung der Breite des Walzbands 5 verteilt sind und jeweils unabhän­ gig Drücke in den n Bereichen des Walzbands 5 messen. Gemäß Fig. 2 sind die n Drucksensoren 6-1 bis 6-n so kombiniert, daß sie den gleichen Walzendurchmesser aufweisen. Jeder Drucksensor 6-1 bis 6-n nimmt einen Druck T (Fig. 3) von einem entsprechenden Berührungs­ oder Anlageteil des Walzbands 5 ab. Da sich der Druck T in Abhängigkeit von der Planheit des Walzbands 5 ändert, erlauben Messungen der auf die jeweiligen Drucksensoren 6-1 bis 6-n einwirkenden Drücke die Messung von Plan­ heitswerten oder -größen des Walzbands 5 in den n Berei­ chen über die Breite des Walzbands hinweg.

Die Planheitseinstelleinheit 7 gibt n (mehrere) Plan­ heitsreferenzen oder -bezugswerte für die betreffenden n Bereiche in Breitenrichtung des Walzbands vor. Die Addierstufe 8 berechnet Differenzen zwischen den durch die Planheitsmeßvorrichtung 6 gemessenen n Planheitswerten und den durch die Planheitseinstellein­ heit 7 vorgegebenen gewünschten oder Soll-Planheitswerten und gibt die berechneten Werte als Planheitsdifferenzen des Walzbands aus.

Die Planheitsregeleinheit 9 gibt die durch die Addierstu­ fe 8 berechneten Planheitsdifferenzen den an Arbeits- und Antriebsseiten des Walzwerks 1 angeordneten Stelltrieben ein und berechnet Operations- bzw. Betriebsgrößen für die unabhängige bzw. getrennte Ansteuerung dieser Stelltriebe unter Verwendung der Einflußkoeffizienten für die Plan­ heitswerte der Stelltriebe 10 des Walzwerks 1. Die berechneten Betriebsgrößen werden getrennt zu den Stell­ trieben 10 ausgegeben.

Die Stelltriebe 10 umfassen verschiedene Stelltriebe (Zustellvorrichtungen), wie Walzenbiegeeinheit, Richtein­ heit, Verschiebungseinheit und Kühlmitteleinheit.

Gemäß Fig. 4 sind bei der dargestellten Ausführungsform Stelltriebe 11a und 11b an Antriebs- bzw. Arbeitsseite der Reduktionswalze angeordnet. Das Stelltrieb 11a umfaßt einen Richtmechanismus 12a, einen Arbeitswalzenbiegeme­ chanismus 13a, einen Zwischenwalzenbiegemechanismus 14a und einen Zwischenwalzenverschiebemechanismus 15a.

Der Richtmechanismus 12a vergrößert oder verkleinert einen Walzspalt an der Antriebsseite der Reduktionswalze entsprechend einer Betriebsgröße von der (Plan­ heits-)Regeleinheit 9. Der Arbeitswalzenbiegemechanismus 13a unterstützt die antriebsseitigen Lager der Arbeits­ walzen 2a und 2b (z. B. mittels Hydraulikzylindern) und biegt die Antriebsseiten der Arbeitswalzen 2a und 2b mittels einer Biegekraft entsprechend einer Betriebsgröße von der Regeleinheit 9. Der Zwischenwalzenbiegemechanis­ mus 14a stützt die antriebsseitigen Lager der Zwischen­ walzen 3a und 3b (z. B. mittels Hydraulikzylindern) und unterwirft die Antriebsseiten der Zwischenwalzen einer Biegekraft entsprechend einer Betriebsgröße von der Regeleinheit 9. Der Zwischenwalzenverschiebemechanismus 15a verschiebt die oberen und unteren Zwischenwalzen 3a und 3b über die gleiche Strecke, aber in entgegengesetz­ ten Richtungen, in Übereinstimmung mit einer von der Regeleinheit 9 erhaltenen Betriebsgröße.

Der arbeitsseitige Stelltrieb 11b umfaßt einen Richtme­ chanismus 12b, einen Arbeitswalzenbiegemechanismus 13b, einen Zwischenwalzenbiegemechanismus 14b und einen Zwischenwalzenverschiebemechanismus 15b. Die Funktionen dieser Mechanismen sind denen der Mechanismen an der Antriebsseite identisch.

Gemäß Fig. 5 weist eine Kühlmittel(speise)einheit 16 n Kühlmitteldüsen 17-1 bis 17-n auf, welche die Gesamtbrei­ te der Reduktionswalzen 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b bestrei­ chen. Diese Kühlmitteleinheit 16 spritzt ein Kühlmittel aus vorbestimmten Düsen 17 in Übereinstimmung mit einem Düsenwählsignal von der genannten Regeleinheit 9 aus.

Fig. 6 veranschaulicht schematisch eine Beziehung zwi­ schen den Reduktionswalzen des Walzwerks 1 und den Stelltrieben 10. Von den antriebsseitigen und arbeitssei­ tigen Stelltrieben 11a bzw. 11b her auf die Reduktions­ walzen ausgeübten Kräfte sind dabei jeweils durch Pfeile angedeutet.

In Fig. 6 stehen die Ziffern 21, 22, 25 und 27 für Arbeitswalzenbiegekräfte an der Antriebsseite; die Ziffern 23, 24, 26 und 28 stehen für Arbeitswalzenbiege­ kräfte an der Arbeitsseite; mit 29, 31, 33 und 35 sind Zwischenwalzenbiegekräfte an der Antriebsseite bezeich­ net; die Ziffern 30, 32, 34 und 36 stehen für Zwischen­ walzenbiegekräfte an der Arbeitsseite; mit 41 ist eine Richtwirkung (leveling) an der Antriebsseite bezeichnet, während mit 42 eine Richtwirkung oder -kraft an der Arbeitsseite bezeichnet ist.

Die genannten Stelltriebe 11a und 11b sind normalerweise durch Hydraulikzylinder gebildet. Sie können jedoch auch aus kraftbetätigten (powered) bzw. Druckluftzylindern bestehen.

Im folgenden ist ein Verfahren zum Steuern des Walzwerks gemäß der dargestellten Ausführungsform beschrieben.

Fig. 7 zeigt ein Ablaufdiagramm für die Walzwerksteue­ rung bei der vorliegenden Ausführungsform.

In einem Schritt 1 werden Planheitswerte des im Walzwerk 1 ausgewalzten Walzbands 5 mittels der Planheitsmeßvor­ richtung 6 gemessen.

Die n Planheitsreferenzen für die n Bereiche, in welche das Walzband in seiner Breitenrichtung unterteilt ist, werden durch die Planheitseinstelleinheit 7 im voraus vorgegeben.

Genauer gesagt: die gewünschten oder Soll-Planheitswerte

yi^REF (i = 1 bis n) (5)

werden von der genannten Einstelleinheit 7 der Addierstu­ fe 8 zugespeist. In obiger Gleichung steht i für einen Teilungszähler (division count) in Richtung der Bandbrei­ te und gleich der Zahl der Unterteilungen des Walzband- Planheitsmessers 6. Wenn die Unterteilung z. B. in jewei­ ligen Abständen von 50 mm vorgenommen ist, so gilt n = 20 für ein Walzband einer Breite von 1000 mm.

Die durch den Planheitsmesser 6 gemessenen Planheitswerte (des Walzbands) werden der Addierstufe 8 wie folgt zugespeist:

yi^MEAS (i = 1 bis n) (6)

In einem Schritt 2 berechnet die Addierstufe 8 Planheits­ differenzen ε_i zwischen den gemessenen Planheitswerten und der vorgegebenen Planheitsreferenz wie folgt:

ε_i = yi^REF - yi^MEAS (7)

für i = 1 bis n.

Die durch die Addierstufe 8 berechneten Planheitsdiffe­ renzen ε_i werden der genannten Regeleinheit 9 zugespeist. Letztere berechnet Betriebsgrößen zum unabhängigen oder getrennten Betreiben der Stelltriebe 11a und 11b an Arbeits- bzw. Antriebsseite unter Heranziehung von Einflußkoeffizienten für die Planheitswerte der Stell­ triebe 10 des Walzwerks 1 auf der Grundlage der Plan­ heitsdifferenzen ε_i.

Eine Planheitsauswertungsfunktion J_DS an der Antrieb­ seite und eine Planheitsauswertungsfunktion J_WS an der Arbeitsseite sind wie folgt definiert:

In obigen Gleichungen bedeuten: ∂Y_i/∂F_WDS= Einflußkoef­ fizent für einen Einfluß auf die Planheit des Walzbands von der antriebsseitigen Arbeitswalzenbiegeeinheit, ∂y_i/∂F_WWS = Einflußkoeffizient für einen Einfluß auf die Walzband-Planheit von der arbeitsseitigen Arbeitswalzen­ biegeeinheit, ΔF_WDS = Arbeitswalzenbiegekraft (Biegebe­ triebsgröße) an der Antriebsseite, ΔF_WWS= Arbeitswalzenbiege­ kraft (Biegebetriebsgröße) an der Arbeitsseite, ∂y_i/∂F_IDS = Einflußkoeffizient für einen Einfluß auf die Walzband- Planheit von der antriebsseitigen Zwischenwalzenbiegeein­ heit,∂y_i/∂F_IWS = Einflußkoeffizient für einen Einfluß auf die Walzband-Planheit von der arbeitsseitigen Zwi­ schenwalzenbiegeeinheit, ΔF_IDS = Zwischenwalzenbiegekraft (Biegebetriebsgröße) an der Antriebsseite, ΔF_IWS = Zwischenwalzenbiegekraft (Biegebetriebsgröße) an der Arbeitsseite, ∂y_i/∂_LDS = Einflußkoeffizient für einen Einfluß auf die Walzband-Planheit von der antriebsseiti­ gen Richteinheit, ∂y_i/∂L_WS = Einflußkoeffizient für einen Einfluß auf die Walzband-Planheit von der arbeitsseitigen Richteinheit, ΔL_DS = antriebsseitige Richtwirkung oder -kraft und ΔL_WS = arbeitsseitige Richtwirkung oder -kraft.

Betriebsgrößen (d. h. die Arbeitswalzenbiegekräfte, die Zwischenwalzenbiegekräfte und der Walzenrichtwert) zum Minimieren der Auswertungsfunktionen (evaluation func­ tions) J_DS und J_WS sowohl an Antriebs- als auch Arbeits­ seite werden gemäß einer Methode der kleinsten Quadrate abgeleitet (Schritt 3).

Die Einflußkoeffizienten ∂y_i/∂F_WDS, ∂y_i/∂F_WWS, ∂_yi/∂F_IDS, ∂y_i/∂F_IWS, ∂y_i/∂L_DS, ∂y_i/∂L_WS und dgl. können anhand von Walzversuchen berechnet oder ermittelt werden, wenn das Walzwerk 1, das Walzband 5 und der Walzplan (z. B. Art des Stahls, Eingangs- und Ausgangsdicken, Bandbreite sowie Umfangsgeschwindigkeit jeder Reduktionswalze) bestimmt bzw. festgelegt sind. Werte für die Stelltriebe 11a und 11b werden aus Gleichungen (8) und (9) abgeleitet.

Die Planheitsregeleinheit 9 liefert die berechneten Betriebsgrößen zu den antriebs- und arbeitsseitigen Stelltrieben 11a bzw. 11b des Walzwerks 1, wobei die Stelltriebe 11a und 11b diese Betriebsgrößen auf die betreffenden Reduktionswalzen übertragen.

Wenn die ermittelten oder gewonnenen Betriebsgrößen der Stelltriebe 11a und 11b als ΔF^c _WDS, ΔF^c _WWS, ΔF^c _IDS, ΔF^c _IWS, ΔL^c _DS und ΔL^c _WS definiert sind und die von den obigen Betriebsgrößen abgeleiteten Regel- oder Steuergrö­ ßen von den durch die Addierstufe 8 gewonnen Differenzen ε_i subtrahiert werden, können die Restdifferenzen abge­ leitet oder ermittelt werden (Schritt 4). Dies bedeutet, daß die folgenden Größen erzielt werden:

Für Antriebsseite:

Δε_DS,i = ε_i - (∂y_i/∂F_WDS) · ΔF^c _WDS - (∂y_i/∂F_IDS) · ΔF^c _IDS - (∂y_i/∂L_DS) · ΔL^c _DS (10)

für i = 1 bis n/2.

Für Arbeitsseite:

Δε_WS,i = ε_i - (∂y_i/∂F_WWS) · ΔF^c _WWS - (∂y_i/∂F_IWS) · ΔF^c _IWS - (∂y_i/∂L_WS) · ΔL^c _WS (1)

für i = (n/2) + 1 bis n.

Die Planheitsregelung durch Verschiebungen der Zwischen­ walzen erfolgt in der Weise, daß die untere Zwischenwalze 3b zur Antriebsseite um den gleichen Betrag verschoben wird, um den die obere Zwischenwalze 3a zur Arbeitsseite verschoben wird.

Wenn i = 1 bis n vorausgesetzt wird, erhält man folgende Gleichung:

Δε = Δε_DS,i (i = 1 bis n/2) + Δε_WS,i (i = (n/2) + 1 bis n) (12)

Damit wird eine Zwischenwalzenverschiebungsgröße ΔS wie folgt ermittelt oder abgeleitet:

Die gewonnene oder ermittelte (obtained) Zwischenwalzen­ verschiebungsgröße ΔS wird von der genannten Regeleinheit 9 zu den Zwischenwalzenverschiebemechanismen 15a und 15b an Antriebs- bzw. Arbeitsseite übertragen. Die Zwischen­ walzenverschiebemechanismen 15a und 15b übertragen (apply) diese Betriebsgröße auf die Zwischenwalzen 3a und 3b.

Der Einflußkoeffizient ∂y_i/∂S repräsentiert einen Ein­ fluß, der durch die Zwischenwalzenverschiebung auf die Walzband-Planheit ausgeübt wird, und er kann ermittelt oder abgeleitet werden, wenn das Walzwerk 1, das Walzband 5 und der Walzplan bestimmt bzw. festgelegt sind.

Die ermittelte oder abgeleitete Zwischenwalzenverschie­ bungsgröße ist zu ΔS^c definiert.

Die mit der Kühlmitteleinheit 16 verbundene Regelung verbleibt als den Stelltrieben 10 zugeordnete Regelung. Zur Vereinfachung der Beschreibung sei angenommen, daß die Kühlmitteldüsen 17-1 bis 17-n in durch die Planheitsmeßvorrichtung 6 gemessenen Positionen in den n Bereichen in Richtung der Bandbreite angeordnet sind.

Die Planheitsregeleinheit 9 führt Operationen nach nachstehender Gleichung (14) durch:

Δε_ci = {Δε_i - (∂y_i/∂S) · ΔS^c} (14)

Für jeweils i = 1 bis n wird die Polarität des Werts Δ ε_ci bestimmt. Wenn dieser Wert positiv ist, wird ein Düsenwähl- bzw. -ansteuersignal zum Aktivieren der i-ten Kühlmitteldüse zur Kühlmitteleinheit 16 ausgegeben (d. h. Kühlmittel zur Reduktionswalze ausgespritzt). Wenn dagegen der Wert Δ ε_ci negativ ist, wird zur Kühlmittel­ einheit 16 ein Düsenwählsignal zum Abschalten der i-ten Kühlmitteldüse ausgegeben (Schritt 5).

Ein Befehl zum Ein/Abschalten der Kühlmitteleinheit 16 stellt das Düsenwähl- bzw. -ansteuersignal dar, die Polarität des Werts Δ ε_ci repräsentierend.

Wie erwähnt, werden die durch Gleichungen (1) bis (4) dargestellten Operationen durch die Addierstufe 8 durch­ geführt, während die durch Gleichungen (5) bis (14) repräsentierten Operationen von der Planheitsregeleinheit 9 ausgeführt werden, um damit die Betriebsgrößen für die Stelltriebe 10 abzuleiten. Diese Betriebsgrößen werden den Stelltrieben 11a und 11b an Arbeits- bzw. Antriebs­ seite so eingegeben bzw. aufgeprägt, daß sie unabhängig voneinander betätigt werden. Die Walzband-Planheitswerte an Ausgangs-Arbeits- und -Antriebsseite des Walzwerks 1 können somit getrennt auf die gewünschten Werte oder Größen eingestellt werden.

Die beschriebene Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt die Walzband-Planheitsmeßvorrichtung 6 zum Messen der Planheitswerte in den mehreren n Bereichen in Breitenrichtung des durch das Walzwerk 1 ausgewalzten Walzbands 5 aus Metall o. dgl., die Planheitseinstellein­ heit 7 zum Einstellen von n gewünschten oder Soll-Plan­ heitswerten in Richtung der Bandbreite, die Addierstufe 8 zum Berechnen der Differenzen zwischen den durch die Meßvorrichtung 6 gemessenen Planheitswerten und den durch die Einstelleinheit 7 vorgegebenen Soll-Planheitswerten (Referenzen) und zum Ausgeben der berechneten Werte als Planheitsdifferenzen sowie die Planheitsregeleinheit 9 zum Berechnen von Betriebsgrößen für die unabhängige bzw. getrennte Betätigung der arbeits- und antriebsseitigen Stelltriebe 11a bzw. 11b unter Heranziehung von Einfluß­ koeffizienten für die Walzband-Planheit der Stelltriebe des Walzwerks 1 auf der Grundlage der durch die Addier­ stufe 8 berechneten Planheitsdifferenzen, wobei die arbeits- und antriebsseitigen Stelltriebe 11a bzw. 11b nach Maßgabe der Betriebsgrößen von der Walzband-Plan­ heitsregeleinheit 9 unabhängig voneinander betrieben bzw. betätigt werden können. Die Planheitswerte an den Aus­ gangs-Arbeits- und -Antriebsseiten des Walzwerks 11 können somit mit hoher Genauigkeit automatisch auf die gewünsch­ ten Werte oder Größen geregelt werden. Die beschriebene Vorrichtung vermag flexibel dem derzeitigen großen Bedarf nach verbesserter Güte breiter Walzbänder (d. h. solcher mit Breiten von 1000 bis 2000 mm) zu genügen.

Die Erfindung ist keineswegs auf die vorstehend beschrie­ benen speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern verschiedenen Änderungen und Abwandlungen zugänglich.

Obgleich die Erfindung beispielhaft auf ein Sechswalzen- Walzwerk (6-high rolling mill) angewandt ist, ist sie keineswegs darauf beschränkt. Beispielsweise ist die Erfindung zur Regelung oder Einstellung der Planheit des Walzbands in gleicher Weise auf 2-Walzen-, 3-Walzen-, 4- Walzen- und 5-Walzen-Walzwerke, auf ein 12-Walzen-Walzwerk und auch auf ein 20-Walzen-Walzwerk mit unterschiedlichem Walzenzahlen pro Walzgerüst anwendbar.

Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die Stelltrie­ be 10 angeordnet zum Regeln oder Einstellen der antriebs­ seitigen und arbeitsseitigen Richtgröße, der antriebs­ seitigen und arbeitsseitigen Arbeitswalzen-Biegegröße, der entsprechenden Zwischenwalzen-Biegegröße, der Zwi­ schenwalzenverschiebung und der Walzenkühloperation. Auch bei einer Änderung der Zahl der Stelltriebe kann durch Anwendung der Erfindung auf die betreffende Regelung der Planheitsgrad des Walzbands auf oben beschriebene Weise geregelt bzw. eingestellt werden.

Bei einem Walzwerk ohne Zwischenwalzenverschiebung können beispielsweise die diesem Vorgang zugeordneten Termina weggelassen werden. Bei einer Vergrößerung der Zahl der Stelltriebe werden den zusätzlichen Walzen entsprechende Termina hinzugefügt, um auf diese Weise den Planheitsgrad des Walzbands nach dem gleichen Verfahren, wie oben beschrieben, zu regeln.

Die obige Ausführungsform bezieht sich beispielhaft auf die Regelung oder Einstellung des Planheitsgrads des Walzbands (sheet flatness). Das Verfahren und die Vor­ richtung zum Steuern eines Walzwerks sind jedoch auch auf einen Fall anwendbar, in welchem eine Balligkeit bzw. Wölbung des Walzbands als Dickenverteilung in Breiten­ richtung des Walzbands auf eine gewünschte Größe geregelt wird.

In diesem Fall werden anstelle des Planheitsmessers i (= 1 bis n) Walzband-Dickenmesser in Richtung der Bandbreite angeordnet, wobei die Stelltrieb-Einflußkoeffizienten als Werte für die Walzband-Balligkeit oder -Wölbung benutzt werden. Mit diesen einfachen Änderungen und Abwandlungen kann die Balligkeit oder Wölbung des Walzbands ebenso wie seine Planheit geregelt werden.

Claims (17)

1. Verfahren zum Steuern eines Walzwerks (1), umfassend
einen ersten Schritt eines Unterteilens eines mittels einer Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) des Walzwerks (1) ausgewalzten Walzbands (5) in eine Anzahl von Bereichen in seiner Breiten- oder Querrichtung und Messen einer Anzahl von Walzband-Planheits(grad)werten des Walzbands (5) entsprechend den mehreren Bereichen sowie
einen zweiten Schritt eines Berechnens von Betriebs­ größen, die von jeweils an Antriebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) angeordneten Stelltrieben (actuators) (10) auf die Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) zur Einwirkung gebracht (to be applied) werden sollen, nach Maßgabe der im ersten Schritt erhaltenen Walzband-Planheitsmeßwerte und von Einflußkoeffizienten der Stelltriebe (10), wobei die Einflußkoeffizienten Einflußgrade auf die Planheit des Walzbands (5) aufgrund der von den Stelltrieben (10) auf die Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) zur Einwir­ kung gebrachten Betriebsgrößen repräsentieren, und zum voneinander unabhängigen Betreiben oder Ansteuern der Stelltriebe (10) an den Antriebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) entsprechend diesen Betriebsgrößen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schritt einen Schritt eines Berechnens von Biegekräften nach Maßgabe der Walzband-Planheitsmeß­ werte und der Einflußkoeffizienten enthält, um die an den Antriebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) zur Einwirkung gebrachten Betriebs­ größen (operation amounts) zu erhalten.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schritt einen Schritt eines Berechnens von Richtkräften nach Maßgabe der Walzband-Planheitsmeß­ werte und der Einflußkoeffizienten umfaßt, um die an den Antriebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) zur Einwirkung gebrachten Betriebs­ größen (operation amounts) zu erhalten.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schritt einen Schritt eines Berechnens von Verschiebegrößen der Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) nach Maßgabe der Walzband-Planheitsmeßwerte und der Einflußkoeffizienten enthält, um die an den Antriebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) zur Einwirkung gebrachten Betriebsgrößen zu erhalten.

5. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend einen dritten Schritt der Bestimmung einer Axialstellung, an welcher ein Kühlmittel aufgespritzt wird, in Abhängig­ keit von den im zweiten Schritt erhaltenen Betriebs­ größen und des Ausspritzens des Kühlmittels auf die Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) aus einer dieser Axialstellung entsprechenden Kühlmitteldüse (17), die unter einer Anzahl von in Axialrichtung der Redukti­ onswalze (2a-4a, 2b-4b) angeordneten bzw. verteil­ ten Kühlmitteldüsen (17-1 bis 17-n) gewählt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) zwei Arbeits­ walzen (2a, 2b), zwei Zwischenwalzen (3a, 3b) und zwei Stützwalzen (4a, 4b) umfaßt,
der erste Schritt einen Schritt eines Unterteilens des durch eine Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) des Walzwerks (1) ausgewalzten Walzbands (5) in n Bereiche in Breiten- oder Querrichtung des Walzbands und des Messens von n Planheitswerten des Walzbands (5) entspre­ chend den n Bereichen umfaßt und
der zweite Schritt folgendes umfaßt:
einen Schritt der Berechnung von Differenzen zwischen einer Planheitsreferenz des Walzbands (5) und den n Walzband-Planheitsmeßwerten zur Ableitung einer Walzband-Planheitsdifferenz ε_i,
einen Schritt der Einstellung einer antriebsseitigen Auswertungsfunktion J_DS und einer arbeitsseitigen Auswertungsfunktion J_WS wie folgt: worin für die Arbeitswalzen (2a, 2b) gilt:
Δ F_WDS = eine Arbeitswalzenbiegekraft an der Antriebs­ seite, ∂y_i/∂F_WDS = ein Einflußkoeffizient für einen Biegeinfluß von der Antriebsseite,
ΔF_WWS = eine Arbeitswalzenbiegekraft von (an) der Arbeits­ seite und ∂y_i/∂F_WWS = ein Einflußkoeffizient für einen Biegeeinfluß von (an) der Arbeitsseite; für die Zwischenwalzen (3a, 3b) gilt: ΔF_IDS = eine Zwischen­ walzenbiegekraft von der Antriebsseite, ∂y_i/∂F_IDS = ein Einflußkoeffizient für einen Biegeeinfluß von der Antriebsseite, ΔF_IWS = eine Zwischenwalzenbiegekraft von der Arbeitsseite und ∂y_i/∂F_IWS = ein Einflußkoeffizi­ ent für einen Biegeeinfluß von der Arbeitsseite; und für die Stützwalzen (4a, 4b) gilt: ΔL_DS = ein Richt­ wert von (an) der Antriebsseite und ΔL_WS = ein Richtwert von (an) der Arbeitsseite; und
einen Schritt der Berechnung von Kräften ΔF_WDS, ΔF_IDS und ΔL_DS, welche die Auswertungsfunktion J_DS minimieren, zur Gewinnung oder Ableitung der Betriebs­ größen an der Antriebsseite nach einer Methode der kleinsten Quadrate sowie der Kräfte ΔF_WWS, ΔF_IWS und ΔL_WS, welche die Auswertungsfunktion J_WS minimieren, zwecks Gewinnung oder Ableitung der Betriebsgrößen an der Arbeitsseite nach der Methode kleinster Quadrate.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schritt einen Schritt des Subtrahierens von Walzband-Planheits-Regel- oder -Einstellgrößen, die von den Betriebsgrößen gewonnen oder abgeleitet sind, welche die von der Auswertungsfunktion J_DS abgeleite­ ten Kräfte ΔF_WDS, ΔF_IDS und ΔL_DS der Antriebsseite sind, von den Walzband-Planheitsdifferenzen ε_i (an) der Antriebsseite zwecks Gewinnung oder Ableitung restlicher Differenzen Δ ε_DS,i an der Antriebsseite,
einen Schritt eines Subtrahierens von durch die Betriebsgrößen gewonnen oder abgeleiteten Walzband- Planheitsregelgrößen als die Kräfte ΔF_WWS, ΔF_IWS und ΔL_WS (an) der Arbeitsseite, von der Auswertungsfunktion J_WS abgeleitet, von den Walzband- Planheitsdifferenzen ε_i der Arbeitsseite zwecks Gewinnung oder Ableitung restlicher Differenzen Δε_WS,i an der Arbeitsseite,
einen Schritt eines Addierens der restlichen (oder verbleibenden) Differenzen Δε_DS,i und Δ ε_WS,i an Antriebs- bzw. Arbeitsseite zwecks Gewinnung oder Ableitung einer zusammengesetzten bzw. Gesamt-Restdif­ ferenz Δε_i,
einen Schritt eines Einstellens einer Zwischenwalzen­ verschiebung-Auswertungsfunktion Js nach folgender Gleichung: worin: ∂y_i/∂S = ein Einflußkoeffizient für eine Verschiebung der Zwischenwalze und ΔS = eine Zwi­ schenwalzen-Verschiebegröße, und
einen Schritt zum nach der Methode kleinster Quadrate erfolgenden Berechnen der Zwischenwalzen-Verschiebe­ größe ΔS, welche die Auswertungsfunktion Js mini­ miert, zwecks Gewinnung oder Ableitung der Betriebs­ größe für die Verschiebung der Zwischenwalze umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die antriebsseitigen Restdifferenzen Δ ε_DS,i nach folgender Gleichung gewonnen oder abgeleitet werden: Δε_DS,i = ε_i - (∂y_i/∂F_WDS) · ΔF_WDS - (∂y_i/∂F_IDS) · ΔF_IDS - (∂y_i/∂L_DS) -· L_DSfür i = 1 bis n2und
die arbeitsseitigen Restdifferenzen Δε_WS,i nach folgender Gleichung abgeleitet oder gewonnen werden:Δε_WS,i = ε_i - (∂y_i/∂F_WWS) · ΔF_WWS - (∂y_i/∂F_IWS) · ΔF_IWS - (∂y_i/∂L_WS) -· ΔL_WSfür i = (n/2) + 1 bis n.

9. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend einen vierten Schritt zum Subtrahieren der Walzband-Plan­ heitsregelgrößen, die von der aus der Auswertungsfunk­ tion Js abgeleiteten Zwischenwalzen-Verschiebegröße S gewonnen sind, von den Gesamt-Restdifferenzen (composite remaining differences) Δ ε_i und Wählen einer Kühlmitteldüse 17 zum Aufspritzens eines Kühlmittels auf die Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b), wobei die Kühlmitteldüse 17 aus einer Anzahl von in Axialrich­ tung der Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) angeordne­ ten (verteilten) Kühlmitteldüsen (17-1 bis 17-n) gewählt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Schritt einen Schritt eines Berechnens einer Differenz Δ ε_ci nach folgender Gleichung umfaßt: Δε_ci = {Δε_i - (∂y_i/∂S) · ΔS^c}(i = 1 bis n)

11. Vorrichtung zum Steuern eines Walzwerks (1), umfas­ send
eine Walzband-Planheitsmeßeinheit (6) zum Unterteilen eines durch eine Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) des Walzwerks (1) ausgewalzten Walzbands (5) in mehrere Bereiche in seiner Breiten- oder Querrichtung und Messen einer Anzahl von Walzband-Planheitswerten des Walzbands (5) entsprechend den mehreren Berei­ chen,
eine Walzband-Planheitsdifferenzrecheneinheit (8) zum Vergleichen der von der Planheitsmeßeinheit (6) erhaltenen Walzband-Planheitsmeßwerte mit einer vorgegebenen Walzband-Planheitsreferenz zwecks Berechnung von Walzband-Planheitsdifferenzen und eine Walzband-Planheitsregeleinheit (9) zum Berechnen von Betriebsgrößen (operation amounts), die von jeweils an Antriebs- und Arbeitsseite der Reduktions­ walze (2a-4a, 2b-4b) angeordneten Stelltrieben (10) auf die Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) zur Einwirkung gebracht werden, nach Maßgabe der Walz­ band-Planheitsdifferenzen und von Einflußkoeffizien­ ten der Stelltriebe (10), wobei die Einflußkoeffizien­ ten Einflußgrade auf die Walzband-Planheit des Walzbands (5) aufgrund der durch die Stelltriebe (10) auf die Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) zur Einwirkung gebrachten (applied) Betriebsgrößen repräsentieren, und zum unabhängigen oder getrennten Betreiben der Stelltriebe an Antriebs- und Arbeits­ seite der Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) nach Maßgabe der Betriebsgrößen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzband-Planheitsregeleinheit (9) eine Einheit zum Berechnen zumindest einer Größe aus einer Biegekraft, einer Richtkraft und einer Verschiebe­ größe der Reduktionswalze nach Maßgabe der Walz­ band-Planheitsdifferenzen und der Einflußkoeffizien­ ten zum Ableiten oder Gewinnen jeder der auf bzw. an Antriebs- und Arbeitsseite der Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) zur Einwirkung gebrachten Betriebsgrößen und zum unabhängigen oder getrennten Betreiben (Ansteuern) der Stelltriebe (10) in der Weise, daß die berechneten Betriebsgrößen jeweils an den An­ triebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) zur Einwirkung gebracht werden, umfaßt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, ferner umfassend eine Einheit zum Bestimmen einer Axialstellung, an welcher ein Kühlmittel aus- bzw. aufgespritzt wird, in Abhängigkeit von den von der Planheitsregeleinheit (9) erhaltenen Betriebsgrößen und zum Betreiben der Stelltriebe (10) zum Aufspritzen des Kühlmittels auf die Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) aus einer der betreffenden Axialstellung entsprechenden Kühlmittel­ düse (17), die aus einer Anzahl von Kühlmitteldüsen (17-1 bis 17-n ) gewählt ist, welche in Axialrichtung der Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) angeordnet (verteilt) sind.

14. Verfahren zum Steuern eines Walzwerks (1), umfassend
einen ersten Schritt eines Unterteilens eines mittels einer Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) des Walz­ werks (1) ausgewalzten Walzbands (5) in eine Anzahl von Bereichen in seiner Breiten- oder Querrichtung und Messen einer Anzahl von Walzband-Dickewerten des Walzbands (5) entsprechend den mehreren Bereichen sowie
einen zweiten Schritt eines Berechnens von Betriebs­ größen, die von jeweils an Antriebs- und Arbeitssei­ ten der Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) angeordne­ ten Stelltrieben (10) auf die Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) zur Einwirkung gebracht werden, nach Maßgabe der im ersten Schritt erhaltenen Walzband- Dickemeßwerte und von Einflußkoeffizienten der Stelltriebe (10), wobei die Einflußkoeffizienten Einflußgrade auf eine Balligkeit oder Wölbung des Walzbands (5) aufgrund der von den Stelltrieben (10) auf die Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) zur Einwirkung gebrachten Betriebsgrößen repräsentieren, und zum voneinander unabhängigen Betreiben oder Ansteuern der Stelltriebe an den Antriebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) entsprechend diesen Betriebsgrößen.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schritt einen Schritt des Berechnens mindestens einer Größe aus einer Biegekraft, einer Richtkraft und einer Verschiebegröße der Reduktions­ walze (2a-4a, 2b-4b) als jede der Betriebsgrößen, die auf die bzw. an den Antriebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) zur Einwirkung gebracht werden, nach Maßgabe der Walzband-Dicke­ meßwerte und der Einflußkoeffizienten und zum unab­ hängigen Betreiben oder Ansteuern der Stelltriebe (10) in der Weise, daß die berechneten Betriebsgrößen jeweils auf die Antriebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) zur Einwirkung gebracht werden, umfaßt.

16. Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend einen dritten Schritt der Bestimmung einer Axialstellung, an welcher ein Kühlmittel aus- bzw. aufgespritzt wird, entsprechend den im zweiten Schritt erhaltenen Betriebsgrößen und zum Betätigen der Stelltriebe (10) zum Aufspritzens des Kühlmittels auf die Reduktions­ walze (2a-4a, 2b-4b) aus einer gegebenen, der betreffenden Axialstellung entsprechenden Kühlmittel­ düse (17), die aus einer Anzahl von Kühlmitteldüsen (17-1 bis 17-n) gewählt ist, welche in einer Axial­ richtung der Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) angeordnet (verteilt) sind.

17. Vorrichtung zum Steuern eines Walzwerks (1), umfas­ send
eine Walzband-Dickemeßeinheit zum Unterteilen eines durch eine Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) des Walzwerks (1) hergestellten Walzbands in mehrere Bereiche in seiner Breiten- oder Querrichtung und zum Messen einer Anzahl von Dickewerten des Walzbands (5) entsprechend den mehreren Bereichen,
eine Walzband-Balligkeits- bzw. -Wölbungsdifferenz­ berechnungseinheit zum Messen von Walzband-Bal­ ligkeits- oder -Wölbungswerten als Walzband-Dicke­ verteilung in Breitenrichtung des Walzbands nach Maßgabe der Walzband-Dickemeßwerte und zum Verglei­ chen der von der Walzband-Dickemeßeinheit erhaltenen Walzband-Balligkeits- oder -Wölbungswerte mit vorgegebenen Walzband-Balligkeits- oder -Wölbungswer­ ten zwecks Berechnung der Balligkeits- oder -Wöl­ bungsdifferenzen des Walzbands und
eine Walzband-Dickeregeleinheit zum Berechnen von Betriebsgrößen, die von jeweils an Antriebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) angeordneten Stelltrieben (10) auf die Antriebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) zur Einwirkung gebracht werden, nach Maßgabe der Walzband-Balligkeits- oder -Wölbungsdifferenzen und von Einflußkoeffizienten der Stelltriebe (10), wobei
die Einflußkoeffizienten Einflußgrade auf eine Walzband-Balligkeit oder -wölbung des Walzbands (5) aufgrund der von den Stelltrieben (10) auf die Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) zur Einwirkung gebrachten Betriebsgrößen repräsentieren, und zum voneinander unabhängigen Betreiben oder Ansteuern der Stelltriebe (10) an den Antriebs- und Arbeitsseiten der Reduktionswalze (2a-4a, 2b-4b) nach Maßgabe der Betriebsgrößen.