DE4413913C2 - Verfahren zum Verhindern eines Faltungsstaus beim Walzen von Metallband - Google Patents
Verfahren zum Verhindern eines Faltungsstaus beim Walzen von MetallbandInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verhindern eines
Faltungsstaus beim mehrstufigen Warmwalzen von Stahlband in einem
Walzwerk mit mehreren bedienseitig und antriebsseitig gelagerten
Arbeitswalzenpaaren und mit einer elektronischen Regelung, bei dem
während des Einlaufens des Stahlbandes in eine Verformungsstufe
und während seines Einlaufens und Durchlaufens durch diese
Verformungsstufe die Differenz aus der der Regelung zugeführten
gemessenen bedienseitigen Walzkraftkomponente und der gemessenen
antriebsseitigen Walzkraftkomponente ermittelt und ein
automatischer Abbruch des planmäßigen Walzvorganges ausgelöst
wird, wenn die Differenz der Walzkraftkomponenten von einer
zulässigen Differenzwalzkraft abweicht.
Die Erfindung geht dabei von dem durch die DE 32 40 602 A1
bekannten Stand der Technik aus, der ein Verfahren zum Regeln der
Zugspannungsverteilung beim Kaltwalzen von Stahlbändern in einem
Reversierwalzwerk betrifft und einen hierfür geeigneten Regelkreis
beinhaltet. Der Sollwertbereich ist dabei durch einen Höchstwert
nur einseitig definiert, oberhalb dessen der Faltungsstau
auftritt.
Bei kontinuierlich arbeitenden mehrgerüstigen Walzwerken könnte,
wenn der Walzprozeß in Gang gekommen ist, ein Faltungsstau dann
auftreten, wenn das Band mit höherer Geschwindigkeit aus einem
Gerüst ausläuft, als es in das folgende Gerüst einlaufen kann.
Durch eine geeignete Verknüpfung der Steuerung der einzelnen
Gerüste kann dies regelmäßig vermieden werden.
Auch beim Warmwalzen von Metallband, beispielsweise von Stahlband
in der Fertigstaffel einer Warmbreitbandstraße treten dank der
modernen Steuerungs- und Regelungstechnik Faltungsstaus
normalerweise nicht auf, jedoch stellt hier eine Sonderform des
Faltungsstaus, der sogenannte Straßenhochgeher oder nur Hochgeher
genannt, ein besonderes Problem dar. Dabei bricht das warme
Stahlband zwischen zwei Walzgerüsten unerwartet aus, meist nach
oben, steigt also zwischen den benachbarten Walzgerüsten hoch,
verfängt und verfaltet sich. Beispielsweise läuft der Bandanfang
durch die ersten drei Gerüste, beim vierten Gerüst wird der
Bandanfang aber wegen Verlaufens von den beiden Arbeitswalzen
nicht erfaßt. Bis der Walzwerker den Faltungsstau bemerkt und die
Fertigstaffel gestoppt hat, können einige Sekunden verstreichen,
so daß durchaus eine recht beachtliche Menge zwischen den
benachbarten Gerüsten verfaltet eingeklemmtes, dann erkaltetes
Band wieder mühsam entfernt und schließlich verschrottet werden
muß. Der dadurch entstehende wirtschaftliche Schaden ist auch
deshalb erheblich, da solche gegenwärtig sporadisch immer
wiederkehrende Faltungsstaus die Verfügbarkeit einer
Warmbreitbandstraße fühlbar reduzieren.
Die Gründe für das Hochgehen eines Bandes können vielfältig sein.
Genannt sei hier neben dem bereits erwähnten seitlichen Verlaufen
auch ein seitliches Verdrehen oder die sogenannte Skibildung.
Ursachen solch unregelmäßigen Verhaltens des Bandes, die zu einem
Faltungsstau führen, sind häufig Inhomogenitäten im Bandmaterial
wie etwa Temperaturunterschiede. Jedenfalls liegen die Anlagen
hierzu schon im Bandanfang, auch Bandspitze bezeichnet, ohne daß
sie offensichtlich erkennbar sind.
Früher wurden auch bei fehlerfreien Bändern Faltungsstaus
beobachtet, doch hatten diese regelmäßig ihre Ursache in einer
fehlerhaften Bedienung der Fertigstaffel durch eine zu enge, zu
weite oder keilige Voreinstellung des Walzspaltes eines
Walzgerüstes.
Eine fehlerhafte Bedienung ist heute durch die moderne Steuerungs-
und Regelungstechnik weitgehend ausgeschlossen. So gibt die
Regeleinrichtung für ein kontinuierliches Walzwerk, wie in der
DE-AS 14 27 892 beschrieben, Alarm oder löst einen automatischen
Stop des Walzwerkes aus, wenn erkennbar wird, daß der gewünschte
Walzverlauf nicht oder nicht mehr erreichbar ist. Hierfür kann
beispielsweise ein unzulässig hoher Anstieg der Walzkraft ein
auslösender Parameter sein.
Durch das JP-Abstract 63-56308 A ist ein bedienseitig und
antriebsseitig gelagertes Arbeitswalzenpaar vorgesehen und es geht
darum, während des Einlaufens des Bandes in die Verformungsstufe
aus einem Vergleich zwischen der im Normaldurchlauf auftretenden
Walzkraft und der Abweichung der Walzkraft gegenüber dem
Normaldurchlauf ein Signal abzuleiten, das einen automatischen
Abbruch des Walzvorganges auslöst. Hierfür kann der Differenzdruck
der Anstellzylinder Verwendung finden. Offen bleibt, wie das Maß
der zulässigen Abweichung der Differenzwalzkraft festgelegt werden
soll.
Neben dem voranstehend erläuterten Stand der Technik ist aus
dem JP-Abstract 58-167 013 A eine elektronische Steuerung für
ein mehrstufiges Walzwerk bekannt, bei der ebenfalls der beim
Einlaufen des Bandes in die erste Verformungsstufe gemessene
Drehzahleinbruch der Arbeitswalzen benutzt wird, um einen
automatischen Abbruch des planmäßigen Walzvorgangs zum
Verhindern eines Faltungsstaus vorzunehmen.
Eine weitere für den gleichen Zweck eingesetzte Vorrichtung ist
aus dem JP-Abstract 60-177 904 A bekannt. Bei diesem Stand der
Technik wird ein Abbruch des planmäßigen Walzvorgangs
ausgelöst, wenn ein Drehzahlabfall der Arbeitswalzen in
Verbindung mit einer gemessenen Unregelmäßigkeit in der Walzkraft
detektiert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art zum mehrstufigen kontinuierlichen
Warmwalzen von Band, insbesondere von Stahlband, die als
Straßenhochgeher bekannten Faltungsstaus unter Berücksichtigung
von Schwankungen im Verformungswiderstand der Stahlbänder
weitgehend zu vermeiden und damit insbesondere die Verfügbarkeit
einer Warmbreitbandstraße zu erhöhen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß der beim
Einlaufen des Bandes in die erste Verformungsstufe gemessene, der
Regelung zugeführte Drehzahleinbruch der Arbeitswalzen zur
Einengung der zulässigen Differenzwalzkraft mindestens einer
nachfolgenden Verformungsstufe herangezogen wird.
Zusätzlich kann es vorteilhaft sein, daß die Lage des Bandes zur
Walzachse vor und nach einer Verformungsstufe gemessen und von der
Regelung zur Bestimmung der zulässigen Differenzwalzkraft
herangezogen wird.
In der Grundeinstellung kann ein automatischer Abbruch ausgelöst
werden, wenn die Differenz (A - B) der Walzkraftkomponenten bezogen
auf die verformungsstufenspezifische regelmäßige Walzkraft (P),
der Summe aus den Walzkraftkomponenten (A + B), größer als 5% der
Walzkraft (P) ist.
Diese Grundeinstellung wird erfindungsgemäß nach oben und nach
unten variiert, um beispielsweise auch aus gut oder schwer
verformbaren Werkstoffen resultierenden Bedingungen besser gerecht
werden zu können.
Der zur Ausführung der Erfindung zu treibende Aufwand ist
relativ gering, zumal eine Vielzahl von Walzparametern auch
beim störungsfreien Betrieb direkt oder indirekt gemessen wird,
wie beispielsweise die Leistungsaufnahme in den einzelnen
Gerüstantrieben und die Walzkraft durch Summierung der auf die
beiden Walzenden wirkenden, nämlich der bedienungsseitigen und
der antriebsseitigen Einzelwalzkräfte. Der Drehzahleinbruch der
ersten Verformungsstufe wird regelmäßig festgestellt. So sind
die Steuer und Regeleinrichtungen mehr durch eine angepaßte
Software als duch zusätzliche Hardware, ggfs. durch eine
Bandlagenmeßvorrichtung zu ergänzen, um die Erfindung zu
realisieren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten
Abbildungen und Diagramme näher erläutert. Von den Figuren
zeigt
Fig. 1 schematisch die Fertigstaffel einer Warmbreitband
straße mit 7 Walzgerüsten
Fig. 2 ein Walzgerüst aus Fig. 1 in Stirnansicht
Fig. 3 den Verlauf der Summenwalzkräfte beim ordnungsgemäßen
Durchlauf eines Metallbandes
Fig. 4 den Verlauf der Differenzwalzkräfte beim ordnungsge
mäßen Durchlauf eines Metallbandes
Fig. 5 den Verlauf der Summenwalzkräfte bei einem Metallband,
das zwischen zwei Walzgerüsten hochgegangen ist
Fig. 6 die der Fig. 5 zugeordneten Differenzwalzkräfte.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine 7-gerüstige
Warmbandstraße. Die einzelnen, mit G1 bis G7 bezeichneten
Walzgerüste bestehen im wesentlichen aus einer oberen Arbeitswalze
1, einer unteren Arbeitswalze 2, einer oberen Stützwalze 3 und
einer unteren Stützwalze 4. Zur Steuerung des Masseflusses beim
Warmwalzen eines durchlaufenden Stahlbandes 5 dienen zwischen den
einzelnen Walzgerüsten angeordnete Schlingenheber 6. Beim
Banddurchlauf erfolgt in jedem Walzgerüst G1 bis G7 durch das
Aufbringen von Walzkräften eine Dickenabnahme des Bandes.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau eines
Walzgerüstes, beispielsweise des Walzgerüstes G2. Die Walzkräfte,
die durch Pfeile 7A und 7B symbolisiert sind, werden auf obere
Einbaustücke 8, 9 der oberen Stützwalze 3 aufgebracht. Der unteren
Stützwalze 4 sind die Einbaustücke 10 und 11 zugeordnet. Dem
Antrieb der Arbeitswalzen 1 und 2 dienen Gelenkwellen 12. Die
Gelenkwellen 12 definieren die Antriebsseite der Warmbandstraße,
rechts liegt hier die Bedienseite.
Die für die Dickenabnahme des Bandes notwendigen Walzkräfte
(Pfeile 7A und 7B) werden also beiderseits auf die oberen
Einbaustücke 8, 9 aufgebracht und mit Druckmeßdosen 13, 14
unterhalb der unteren Einbaustücke 10, 11 der unteren Arbeitswalze
4 gemessen. Die Summenwalzkraft des Walzgerüstes ergibt sich aus
der Addition der beiden gemessenen Einzelwalzkräfte, die
Differenzwalzkraft aus ihrer Subtraktion. In den nachfolgenden
Figuren Fig. 3 bis Fig. 6 sind Summenwalzkräfte und
Differenzwalzkräfte dargestellt und zu ihrer Identifizierung
jeweils den Walzgerüsten G1 bis G7 zugeordnet.
Fig. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf der Summenwalzkraft in den
Walzgerüsten G1 bis G7 für den Bandanfang beim Walzen eines
Warmbandes, wobei der Bandanfang ordnungsgemäß alle Walzgerüste G1
bis G7 durchlaufen hat. Man erkennt den zeitlich versetzten
Einlauf des Bandes in die einzelnen Wälzgerüste durch den
sprunghaften Anstieg der zugeordneten die Walzkraft
repräsentierenden Kurve.
Fig. 4 zeigt für den in Fig. 3 dargestellten Walzvorgang, also für
das gleiche Band den zeitlichen Verlauf der Differenz der auf
beiden Seiten mit den Druckmeßdosen 13, 14 gemessenen
Walzkraftkomponenten, die jedoch regelmäßig nicht mit ihrem
absoluten Wert, sondern in % der Summenwalzkraft angegeben wird.
Die Druckmeßdose 14 liefert dabei die antriebsseitige
Walzkraftkomponente A, die Druckmeßdose 13 die bedienseitige
Walzkraftkomponente B.
Fig. 4 zeigt weiterhin, daß sich nach dem Anstich des Bandes in
den einzelnen Gerüsten G1 bis G7 jeweils eine Differenz zwischen
der antriebsseitigen Walzkraftkomponente A und der bedienseitigen
Walzkraftkomponente B ergibt, wobei die Walzkraftdifferenzen bis
etwa 5% sowohl nach der positiven Seite (Walzkraft auf der
Antriebsseite größer) als auch zur negativen Seite bestehen.
Die in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellten Walzkraftverläufe wurden
bei fehlerfreiem Durchlauf eines Bandes durch die Fertigstaffel
der Warmbreitbandstraße aufgenommen. Für ein danach gewalztes Band
gleichen Werkstoffes, gleicher Abmessung zeigen Fig. 5 und Fig. 6
die entsprechenden Signalverläufe. Bei diesem nachfolgenden Band
ist jedoch der Bandanfang zwischen den Walzgerüsten G4 und G5
hochgegangen. Die Bandspitze selbst ist noch teilweise durch das
Gerüst G5 durchgelaufen. Diese Beobachtung des Bedienungspersonals
spiegelt sich auch im Verlauf der Summenwalzkräfte in den Gerüsten
wider.
Wie Fig. 5 zeigt, verläuft der Kraftanstieg beim Anstechen der
Bandspitze in den Walzgerüsten G1 bis G4 normal. Auch der Anstich
im Gerüst G5 liegt noch im üblichen Rahmen. Der anschließende
Abfall der Summenwalzkraft in diesem Gerüst zeigt jedoch an, daß
kein Walzgut nachgefolgt ist. Die Ursache war das Hochgehen des
Bandes zwischen den Gerüsten G4 und G5. Vergleicht man die in
Fig. 4 und Fig. 6 dargestellten Verläufe der Differenzwalzkräfte
der beiden Bänder miteinander, so erkennt man gravierende
Unterschiede. Sehr unterschiedlich sind die Höhen und die
zeitlichen Verläufe der Differenzwalzkräfte in den Gerüsten G2 bis
G4. Die in Fig. 6 erkennbaren kurzzeitigen und außerordentlichen
hohen Differenzwalzkraftwerte zeigen größere Asymmetrien beim
Fassen der Bandspitze in den Gerüsten an. Bei dem Walzvorgang nach
Fig. 5 und Fig. 6 ist die erfindungsgemäße Schnellabschaltung zur
besseren Erläuterung der Erfindung nicht eingeschaltet gewesen. Im
Falle der Anwendung der Erfindung hätte durch die Überwachung der
Differenzwalzkräfte schon im Gerüst G1, in dem die
Differenzwalzkraft 5% der Summenwalzkraft überstiegen hat,
zumindest eine Vorwarnung ausgelöst werden können. In jedem Falle
hätte die Oszillation der Differenzwalzkraft von -20 bis +15% im
Gerüst G2 eine sofortige Beendigung des Walzvorganges ausgelöst.
Dies wäre in dem gewählten Beispiel etwa 6 Sekunden früher gewesen
als der Eingriff des Bedienpersonals, der etwa 1 Sekunde nach dem
Hochgehen des Bandes erfolgte. Der Zeitpunkt des Handeingriffs ist
durch den steilen Abfall der Summenwalzkraft in Gerüst G4
erkennbar. Der Abfall der Summenwalzkraft hat seine Ursache darin,
daß das Bedienpersonal das Auffahren des Gerüstes veranlaßt hat.
Der Walzvorgang hätte unter Anwendung der Erfindung also etwa 5
Sekunden vor dem Hochgehen abgebrochen werden können,
beispielsweise auch durch das Auffahren aller Gerüste.
Das in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellte Beispiel einer
ordnungsgemäßen Walzung des Bandanfanges deutet an, daß die
Differenzwalzkraft in % der Summenwalzkraft in den hinteren
Gerüsten zunehmen kann. Dem kann durch eine entsprechend
zunehmende Einstellung der Auslöseschwelle des Abbruchs des
Walzvorganges Rechnung getragen werden. Auch können in die
Einstellung der Auslöseschwelle zusätzliche Meßsignale einbezogen
werden. So beispielsweise Meßsignale aus der Überwachung einer
Temperaturdifferenz des in die Fertigstaffel einlaufenden
Vorbandes an der Bandspitze zwischen Ober- und Unterseite und über
die Bandbreite. Gleiches gilt für den Verlauf der Vorbanddicke
über Länge und Breite an der Bandspitze. Ein zusätzliches
Warnsignal kann durch die Überwachung der Gerüsterschütterungen
beim Anstich erfolgen. Die Höhe und Länge der Erschütterungen läßt
Rückschlüsse auf Unregelmäßigkeiten beim Anstich zu.
Claims (2)
1. Verfahren zum Verhindern eines Faltungsstaus beim
mehrstufigen Warmwalzen von Stahlband (5) in einem Walzwerk mit
mehreren bedienseitig und antriebsseitig gelagerten
Arbeitswalzenpaaren und mit einer elektronischen Regelung, bei
dem während des Einlaufens des Stahlbandes (5) in eine
Verformungsstufe (G1, G2 ... G7) und während seines Einlaufens
und Durchlaufens durch diese Verformungsstufe (G1, G2 ... G7) die
Differenz aus der der Regelung zugeführten gemessenen
bedienseitigen Walzkraftkomponente (B) und der gemessenen
antriebsseitigen Walzkraftkomponente (A) ermittelt und ein,
automatischer Abbruch des planmäßigen Walzvorganges ausgelöst
wird, wenn die Differenz (A - B) der Walzkraftkomponenten (A, B)
von einer zulässigen Differenzwalzkraft (A - B) abweicht,
dadurch gekennzeichnet, daß
der beim Einlaufen des Bandes (5) in die erste Verformungsstufe
(G1, G2 ... G6) gemessene, der Regelung zugeführte
Drehzahleinbruch der Arbeitswalzen (1, 2) zur Einengung der
zulässigen Differenzwalzkraft (A - B) mindestens einer
nachfolgenden Verformungsstufe (G2, G3, ... G7) herangezogen
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Lage des Bandes (5) zur Walzachse vor und nach einer
Verformungsstufe (G1, G2 ... G7) gemessen und von der Regelung
zur Bestimmung der zulässigen Differenzwalzkraft (A - B)
herangezogen wird.
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