EP0315043A2 - Method for measuring roll-force in rolling mills - Google Patents

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EP0315043A2
EP0315043A2 EP88117879A EP88117879A EP0315043A2 EP 0315043 A2 EP0315043 A2 EP 0315043A2 EP 88117879 A EP88117879 A EP 88117879A EP 88117879 A EP88117879 A EP 88117879A EP 0315043 A2 EP0315043 A2 EP 0315043A2
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EP
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rolling
force
measuring
der
roll
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    • B21B33/00—Safety devices not otherwise provided for; Breaker blocks; Devices for freeing jammed rolls for handling cobbles; Overload safety devices
    • B21B33/02—Preventing fracture of rolls

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring the rolling forces acting on rolling mill rolls during rolling.
  • the roller bearing force is usually used today to determine the rolling force.
  • the measuring locations are relatively far from the location of the introduction of the rolling force, and the rolling stands have, due to their design, play and backlash, which result in falsifications and time delays in the measured width.
  • the hysteresis phenomena that occur are particularly disadvantageous.
  • the invention is therefore based on the object to determine the load on the roll promptly and close to the point of application of force in a simple manner from the roll and to make it accessible for the control of the rolling processes.
  • roller itself is used to determine the rolling force acting on it. It is crucial when using the roller as a measuring location that the stress per measuring location is measured in more than one angular position, based on the roller axis. This is done by installing at least two sensors per measuring point at different angles to one another.
  • the rolling mill rolls are designed so that they do not require surface cooling, are resistant to thermal shock and have a long service life.
  • the rolling mill rolls are made of an alloy with an average content of 0.05% C 0.50% Si 1.80% Mn 15.00% Cr 1.35% Mo 25.00% Ni 0.20% V 2.10% Ti 0.005% B Rest impurities consist.
  • strain gauges or semiconductor strain gauges can be used as measuring transducers, which transform the material expansion or deflection of the roller into changes in resistance. 1 to 3, they are either attached directly to the inner wall 4 of a central measuring bore 1 or of a plurality of measuring bores 2, or else arranged on pre-wired measuring bodies 5 into the measuring bore 1 of the roller body 3.
  • Measuring methods are also known which measure deflections optically.
  • the deflection of a light beam emitted by a light source 6 from the zero position of the roller axis caused by the bending of the roller is measured with an optical receiver 7.
  • the receiver 7 can consist of a single cell, of two single cells offset by 90 degrees or of a flat reception screen.
  • glass fibers are introduced parallel to the roller axis in eccentrically arranged measuring bores and the change in length resulting from the bending of the roller in two opposite glass fibers is measured as interference.
  • the control of the sensor system rotating with the roller and the transmission of the information out of the roller becomes touching, for example via slip rings, or implemented without contact, for example electromagnetically or optically.
  • the courses and dependencies of the measuring signal shown in FIG. 5 result in principle.
  • an element of the roller is alternately compressed and stretched during rotation.
  • the frequency of the signal change is proportional to the speed of the roller, the amplitude of the measurement signal depends on the relative position of the element concerned to the direction of force application and on the amount of force applied.
  • Fig. 6 the relationships are shown with two sensors offset by an angle of 90 degrees. It is typical of the 90 degree arrangement that while one measuring point is showing the measured value zero, the second measuring point has the maximum amount.
  • Fig. 7 is used to explain the relationships and some sizes used.
  • the two measuring devices x and y are at an angle of 90 degrees to each other.
  • the current relative position to the vertical is given by the angle Phi.
  • the normal force F N to be determined is composed of the vectorial addition of F Nx and F Ny .
  • the angle of the force introduced, based on the stationary vertical, is thus known at all times.
  • the force F N is in principle a rectified signal, which reflects the absolute amount of the stress due to the absolute height (amount of F N ) and reflects the position in relation to the vertical by the angle gamma.
  • the force F N can be split into its horizontal and vertical components by vectorial force decomposition.
  • the vertical force F S corresponds to the bearing force measured in the vertical direction with a good rolling force measurement.
  • the horizontal force F H depends on the deformation conditions and the friction conditions in the roll gap. In addition, components from tensile forces that are transmitted via the rolling stock can be contained in the horizontal force.
  • the rolling stock can be located in two or more roll stands at the same time, as is shown in FIG. 10.
  • the knowledge of tensile forces that are transmitted between two rolling stands via the rolling stock is of great importance. If the tractive force is known, the tractive force can be regulated to a desired, predetermined level by influencing the stand speeds and stand settings.
  • F H the measured horizontal component of the rolling force
  • F HO horizontal component of the rolling force in draft-free operation
  • F HR Retraction that is exerted on the rolling stock against the rolling direction by the existing roll stand
  • F HV preference that is exerted on the rolling stock via a rolling stand with a larger number n - index for the framework no. (used only when needed)
  • the measurements are carried out on rolling mill rolls which do not require surface cooling, are resistant to thermal shock and have a long service life.
  • Cooling water is currently applied to the surface of the rolls in most deformation steps. This cooling does not allow the heating of the roller during the because of the great inaccuracy To use the rolling process as a measurement variable for determining the deformation work in addition to the rolling force.
  • a stable austenite is used as the material, which according to the steel-iron list bears the brand name X5 NiCrTi 25 15 with the material no. 1.4980 or 1.4944 for aviation and the international trade name A 286.
  • the use according to the invention as a heat-resistant material for the production of rolling mill rolls has the advantage that - surface cooling is not required, - due to its thermal shock resistance, the formation of surface cracks during the rolling process is avoided, -
  • the service life in operating hours or in tons per roll lot is so long that frequent changeovers are not necessary, both from the point of view of the operating time and from the point of view of the financial expenditure, -
  • the thermal conductivity is better than with conventional rolling materials.
  • the very complex use of a full roller at shallow depths can be replaced by using a jacket made of the aforementioned material and shrunk onto an axle made of high-strength steel.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for measuring the rolling forces acting on rolling-mill rolls during rolling. …<??>For this purpose, the measurement location is shifted into the roll itself. At least two measuring pick-ups are used for the measurement, arranged at different angles. …<??>The results obtained are the rolling force FN, the horizontal force FH, the vertical force FS and the angle gamma between the rolling force FN and the vertical. …<??>When rolls made of the high-temperature alloy X5 NiCrTi 25 15 are used, surface cooling is omitted and, in addition to the rolling force determined, it is also possible, from the heating of the roll during the rolling process, to determine the deformation work. …<IMAGE>…

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der an Walzwerkswalzen während des Walzens angreifenden Walzkräfte.The invention relates to a method for measuring the rolling forces acting on rolling mill rolls during rolling.

Beim Einsatz von rein zylindrischen oder auch kalibrierten Walzen ist es aus verschiedenen Gründen von Interesse, die während des Walzens auftretenden Walzkräfte bzw. Durchbiegungen der Walze zu kennen. Dadurch lassen sich beispielsweise
- drohende Walzenbrüche durch Überlastung frühzeitig erkennen und vermeiden,
- die Zugkräfte, die zwischen zwei Walzgerüsten über das Walzgut übertragen werden, durch Einflußnahme auf Gerüstdrehzahl und/oder Gerüstanstellung zur Optimierung des Walzvorganges auf ein gewünschtes Niveau regeln,
- die Walzvorgänge technologisch beurteilen und überprüfen, so daß der Walzprozeß in sich und in seiner Wiederholung reproduzierbar ist und die Wirtschaftlichkeit von Walzwerksanlagen gegenüber dem ungeregelten Zustand gesteigert werden kann.When using purely cylindrical or calibrated rolls, it is of interest for various reasons to know the rolling forces or deflections of the roll that occur during the rolling. This allows, for example
- early detection and prevention of impending roll breakage due to overload,
regulate the tensile forces which are transmitted between two rolling stands via the rolling stock to a desired level by influencing the stand speed and / or stand stand in order to optimize the rolling process,
- Technologically assess and check the rolling processes so that the rolling process can be reproduced in itself and in its repetition and the cost-effectiveness of rolling mill systems can be increased compared to the uncontrolled state.

Für die Ermittlung der Walzkraft wird heute üblicherweise die Walzenlagerkraft herangezogen.The roller bearing force is usually used today to determine the rolling force.

Hierbei sind die Meßorte relativ weit vom Ort der Walzkrafteinleitung entfernt, und die Walzgerüste weisen bauartbedingt Spiele und Lose auf, durch die sich Verfälschungen und Zeitverzögerungen der gemessenen Weite ergeben. Von Nachteil sind insbesondere die auftretenden Hysterese-Erscheinungen.Here, the measuring locations are relatively far from the location of the introduction of the rolling force, and the rolling stands have, due to their design, play and backlash, which result in falsifications and time delays in the measured width. The hysteresis phenomena that occur are particularly disadvantageous.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Beanspruchung der Walze zeitnah und nahe am Ort der Krafteinleitung auf einfache Weise aus der Walze zu ermitteln und für die Steuerung der Walzvorgänge zugänglich zu machen.The invention is therefore based on the object to determine the load on the roll promptly and close to the point of application of force in a simple manner from the roll and to make it accessible for the control of the rolling processes.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Walze selbst für die Ermittlung der auf sie einwirkenden Walzkraft herangezogen wird. Entscheidend bei der Verwendung der Walze als Meßort ist, daß die Beanspruchung pro Meßort in mehr als einer Winkellage, bezogen auf die Walzenachse, gemessen wird. Dies erfolgt dadurch, daß mindestens zwei Meßaufnehmer pro Meßort unter verschiedenen Winkeln zueinander installiert werden.This object is achieved in that the roller itself is used to determine the rolling force acting on it. It is crucial when using the roller as a measuring location that the stress per measuring location is measured in more than one angular position, based on the roller axis. This is done by installing at least two sensors per measuring point at different angles to one another.

Dadurch ist es möglich, den sinusförmigen Verlauf des Einzelsignals bei rotierender Walze "gleichzurichten" und so die Zeiten des nicht aussagefähigen Nulldurchganges zu vermeiden. Außerdem ergibt sich als besonderer Vorteil, daß die Richtung der resultierenden Walzkraft ermittelt werden kann und damit eine Zerlegung der Kraft in ihrem Horizontal- und Vertikalanteil möglich ist. Daraus läßt sich direkt der Vorzug und der Rückzug zwischen den Walzgerüsten bestimmen und als Meß- bzw. Eingangsgröße für eine Regelung verwenden.This makes it possible to "rectify" the sinusoidal shape of the individual signal when the roller is rotating and thus to avoid the times of the non-meaningful zero crossing. In addition, there is a particular advantage that the direction of the resulting rolling force can be determined and thus a breakdown of the force in its horizontal and vertical components is possible. From this, the preference and the retraction between the roll stands can be determined and used as a measurement or input variable for a control.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Walzwerkswalzen so ausgebildet sind, daß sie keine Oberflächenkühlung benötigen, thermoschockbeständig sind und eine hohe Standzeit aufweisen.According to a further embodiment of the invention, it is provided that the rolling mill rolls are designed so that they do not require surface cooling, are resistant to thermal shock and have a long service life.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Walzwerkswalzen aus einer Legierung mit mittleren Gehalten von
0,05 % C
0,50 % Si
1,80 % Mn
15,00 % Cr
1,35 % Mo
25,00 % Ni
0,20 % V
2,10 % Ti
0,005 % B
Rest Verunreinigungen
bestehen.It is further provided according to the invention that the rolling mill rolls are made of an alloy with an average content of
0.05% C
0.50% Si
1.80% Mn
15.00% Cr
1.35% Mo
25.00% Ni
0.20% V
2.10% Ti
0.005% B
Rest impurities
consist.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawings.

Es zeigen

  • Fig. 1 die Anordnung von Meßbohrungen auf einer Walze,
  • Fig. 2 ein Beispiel für direkt angebrachte Dehnungsaufnehmer,
  • Fig. 3 ein Beispiel für eingeführte Meßkörper,
  • Fig. 4 die optische Vermessung der Durchbiegung,
  • Fig. 5 den zeitlichen Verlauf des Meßsignals
  • Fig. 6 den Signalverlauf bei Versatz der Meßstellen um 90 Grad,
  • Fig. 7 schematisch die Ermittlung der resultierenden Kraftrichtung,
  • Fig. 8 die Kräftezerlegung,
  • Fig. 9 die Meß- und Verarbeitungskette,
  • Fig. 10 die Kräfteverhältnisse bei kontinuierlichen Walzprozessen,
  • Fig. 11 schematisch eine Walzenbruchsicherung,
  • Fig. 12 die Nutzungsmöglichkeiten der Meßgrößen.
Show it
  • 1 shows the arrangement of measuring bores on a roller,
  • 2 shows an example of directly attached strain transducers,
  • 3 shows an example of inserted measuring bodies,
  • 4 the optical measurement of the deflection,
  • Fig. 5 shows the time course of the measurement signal
  • 6 shows the signal curve when the measuring points are offset by 90 degrees,
  • 7 schematically the determination of the resulting direction of force,
  • 8 the decomposition of forces,
  • 9 the measuring and processing chain,
  • 10 shows the force relationships in continuous rolling processes,
  • 11 schematically shows a roll break protection,
  • 12 shows the possible uses of the measured variables.

Als Meßaufnehmer können bekannte Dehnungsmeßstreifen oder Halbleiterdehnungsaufnehmer verwendet werden, die die Materialdehnung bzw. Durchbiegung der Walze in Widerstandsänderungen umformen. Sie werden nach bekannten Verfahren, wie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt, entweder direkt an der Innenwand 4 einer zentrischen Meßbohrung 1 bzw. von mehreren Meßbohrungen 2 angebracht oder aber auf fertigbeschalteten Meßkörpern 5 angeordnet in die Meßbohrung 1 des Walzenkörpers 3, eingeführt.Known strain gauges or semiconductor strain gauges can be used as measuring transducers, which transform the material expansion or deflection of the roller into changes in resistance. 1 to 3, they are either attached directly to the inner wall 4 of a central measuring bore 1 or of a plurality of measuring bores 2, or else arranged on pre-wired measuring bodies 5 into the measuring bore 1 of the roller body 3.

Bekannt sind auch Meßverfahren, die auf optischem Wege Durchbiegungen messen. Hierbei wird, wie in Fig. 4 gezeigt, die durch die Durchbiegung der Walze hervorgerufene Ablenkung eines von einer Lichtquelle 6 ausgesandten Lichtstrahles aus der Null-Lage der Walzenachse mit einem optischen Empfänger 7 gemessen. Der Empfänger 7 kann aus einer Einzelzelle, aus zwei um 90 Grad versetzten Einzelzellen oder aus einem flächenhaften Empfangsschirm bestehen.Measuring methods are also known which measure deflections optically. Here, as shown in FIG. 4, the deflection of a light beam emitted by a light source 6 from the zero position of the roller axis caused by the bending of the roller is measured with an optical receiver 7. The receiver 7 can consist of a single cell, of two single cells offset by 90 degrees or of a flat reception screen.

Bei der Verwendung von faseroptischen Meßaufnehmern zur Messung der Durchbiegung der Walze werden Glasfasern parallel zur Walzenachse in exzentrisch angeordnete Meßbohrungen eingeführt und die durch die Biegung der Walze in zwei gegenüberliegenden Glasfasern entstehende Längenänderung als Interferenz gemessen.When using fiber optic sensors to measure the deflection of the roller, glass fibers are introduced parallel to the roller axis in eccentrically arranged measuring bores and the change in length resulting from the bending of the roller in two opposite glass fibers is measured as interference.

Die Ansteuerung der mit der Walze rotierenden Sensorik und die Übertragung der Informationen aus der Walze heraus wird berührend, beispielsweise über Schleifringe, oder berührungslos, beispielsweise elektromagnetisch oder optisch realisiert.The control of the sensor system rotating with the roller and the transmission of the information out of the roller becomes touching, for example via slip rings, or implemented without contact, for example electromagnetically or optically.

Für die erfindungsgemäße Auswertung der Meßsignale ist es unerheblich, nach welchem physikalischen Meßverfahren vorgegangen wird.For the evaluation of the measurement signals according to the invention, it is irrelevant which physical measurement method is used.

Betrachtet man die Durchbiegung der rotierenden Walze für einen Punkt der Meßbohrung in einer Winkellage, so ergeben sich prinzipiell die in Fig. 5 gezeigten Verläufe und Abhängigkeiten des Meßsignals. Ein Element der Walze wird je nach relativer Stellung zur Krafteinleitung bei der Rotation abwechselnd gestaucht und gedehnt. Die Frequenz der Signaländerung ist proportional der Drehzahl der Walze, die Amplitude des Meßsignals hängt von der relativen Lage des betreffenden Elementes zur Krafteinleitungsrichtung und von der Höhe der eingeleiteten Kraft ab.If one considers the deflection of the rotating roller for a point of the measuring bore in an angular position, the courses and dependencies of the measuring signal shown in FIG. 5 result in principle. Depending on the position relative to the application of force, an element of the roller is alternately compressed and stretched during rotation. The frequency of the signal change is proportional to the speed of the roller, the amplitude of the measurement signal depends on the relative position of the element concerned to the direction of force application and on the amount of force applied.

In Fig. 6 sind die Verhältnisse bei zwei um einen Winkel von 90 Grad versetzten Meßaufnehmern dargestellt. Typisch bei der 90 Grad-Anordnung ist, daß während eine Meßstelle gerade den Meßwert Null zeigt, die zweite Meßstelle den Maximalbetrag aufweist.In Fig. 6, the relationships are shown with two sensors offset by an angle of 90 degrees. It is typical of the 90 degree arrangement that while one measuring point is showing the measured value zero, the second measuring point has the maximum amount.

Die folgenden Überlegungen gehen davon aus, daß zwei Meßstellen in einem Winkelversatz von 90 Grad zueinander stehen. Diese Überlegungen bedeuten keine Einschränkung und lassen sich sinngemäß auch auf mehr als zwei Meßstellen anwenden und auch auf Meßstellen, die in Winkeln unterschiedlich zu 90 Grad zueinander angeordnet sind. Entscheidend hierbei ist, daß mehr als eine Meßstelle verwendet wird, und daß die Meßstellen in einem Winkelversatz zueinander stehen.The following considerations assume that two measuring points are at an angular offset of 90 degrees to each other. These considerations mean no restriction and can also be applied analogously to more than two measuring points and also to measuring points which are arranged at angles different from one another by 90 degrees. The decisive factor here is that more than one measuring point is used and that the measuring points are at an angular offset from one another.

Fig. 7 dient zur Erläuterung der Verhältnisse und einiger verwendeter Größen. Die beiden Messeinrichtungen x und y stehen zueinander im Winkel von 90 Grad. Die augenblickliche relative Lage zur Senkrechten ist durch den Winkel Phi gegeben. Die zu ermittelnde Normalkraft FN setzt sich aus der vektoriellen Addition von FNx und FNy zusammen.Fig. 7 is used to explain the relationships and some sizes used. The two measuring devices x and y are at an angle of 90 degrees to each other. The current relative position to the vertical is given by the angle Phi. The normal force F N to be determined is composed of the vectorial addition of F Nx and F Ny .

Der Winkel Beta zwischen Normalkraft FN und Koordinatensystem ergibt sich zu :

Figure imgb0001
The angle beta between the normal force F N and the coordinate system results in:
Figure imgb0001

Der Winkel Phi, also die Lage der X-Achse bezüglich der Senkrechten, läßt sich mit Hilfe eines handelsüblichen Winkelmessers, z.B. eines Inkrementalgebers jederzeit bestimmen. Unter Kenntnis der Winkel Beta und Phi ergibt sich die Richtung der Normalkraft zu
Gamma = 180 Grad - Phi - BetaThe angle Phi, that is, the position of the X axis with respect to the vertical, can be determined at any time with the aid of a commercially available protractor, for example an incremental encoder. Knowing the angles beta and phi gives the direction of the normal force
Gamma = 180 degrees - Phi - Beta

Damit ist jederzeit der Winkel der eingeleiteten Kraft, bezogen auf die ortsfeste Vertikale, bekannt.The angle of the force introduced, based on the stationary vertical, is thus known at all times.

Die Kraft FN stellt im Prinzip ein gleichgerichtetes Signal dar, das durch die absolute Höhe (Betrag von FN) die absolute Höhe der Beanspruchung wiedergibt und durch den Winkel Gamma die Lage bezogen auf die Vertikale wiederspiegelt.The force F N is in principle a rectified signal, which reflects the absolute amount of the stress due to the absolute height (amount of F N ) and reflects the position in relation to the vertical by the angle gamma.

In Fig. 8 ist aufgetragen, wie die Kraft FN in ihren Horizontal- und ihren Vertikalanteil durch vektorielle Kraftzerlegung aufgespalten werden kann. Die Vertikalkraft FS entspricht der bei einer guten Walzkraftmessung gemessenen Lagerkraft in vertikaler Richtung. Die Horizontalkraft FH ist abhängig von den Verformungsverhältnissen und den Reibungsbedingungen im Walzspalt. Zusätzlich können in der Horizontalkraft Komponenten aus Zugkräften, die über das Walzgut übertragen werden, enthalten sein.8 shows how the force F N can be split into its horizontal and vertical components by vectorial force decomposition. The vertical force F S corresponds to the bearing force measured in the vertical direction with a good rolling force measurement. The horizontal force F H depends on the deformation conditions and the friction conditions in the roll gap. In addition, components from tensile forces that are transmitted via the rolling stock can be contained in the horizontal force.

Aus Fig. 9 ist ersichtlich, wie aus den Einzelsignalen von 2 Meßaufnehmern, die den Kräften in x- und y-Richtung des rotierenden Systems entsprechen, und aus der Messung des Winkels Phi die interessierenden Größen FN, |FN| , Gamma und wie durch die Kraftzerlegung der resultierenden Kraft FN die Horizontal- und Vertikalanteile FH und FS berechnet werden.From FIG. 9 it can be seen how from the individual signals of 2 sensors, which correspond to the forces in the x and y direction of the rotating system, and from the measurement of the angle Phi, the quantities of interest F N , | F N | , Gamma and how the horizontal and vertical fractions F H and F S are calculated by the force decomposition of the resulting force F N.

Bei kontinuierlichen Walzprozessen kann sich das Walzgut gleichzeitig in zwei oder mehr Walzgerüsten befinden, wie es in Fig. 10 dargestellt ist. Zur Erzielung von reproduzierbaren Ergebnissen des Walzprozesses ist die Kenntnis von Zugkräften, die zwischen zwei Walzgerüsten über das Walzgut übertragen werden, von großer Bedeutung. Bei Kenntnis der Zugkraft kann durch Einflußnahme auf die Gerüstdrehzahlen und Gerüstanstellungen die Zugkraft auf ein gewünschtes, vorgegebenes Niveau geregelt werden.In the case of continuous rolling processes, the rolling stock can be located in two or more roll stands at the same time, as is shown in FIG. 10. In order to achieve reproducible results of the rolling process, the knowledge of tensile forces that are transmitted between two rolling stands via the rolling stock is of great importance. If the tractive force is known, the tractive force can be regulated to a desired, predetermined level by influencing the stand speeds and stand settings.

Als Bezeichnung werden verwendet :
FH - der gemessene Horizontalanteil der Walzkraft
FHO - Horizontalanteil der Walzkraft bei zugfreiem Betrieb
FHR - Rückzug, der über das Walzgut gegen die Walzrichtung vom vorliegenden Walzgerüst ausgeübt wird
FHV - Vorzug, der über ein Walzgerüst mit größerer Nummer auf das Walzgut ausgeübt wird
n - Index für die Gerüst-Nr. (nur bei Bedarf verwendet)The following are used as names:
F H - the measured horizontal component of the rolling force
F HO - horizontal component of the rolling force in draft-free operation
F HR - Retraction that is exerted on the rolling stock against the rolling direction by the existing roll stand
F HV - preference that is exerted on the rolling stock via a rolling stand with a larger number
n - index for the framework no. (used only when needed)

Die augenblicklich gemessene horizontale Walzkraft FH setzt sich aus der vektoriellen Addition der Einzelkraftanteile zusammen :
FH = FHO + FHR - FHV

The horizontal rolling force F H measured at the moment is made up of the vectorial addition of the individual force components:
F H = F HO + F HR - F HV

Um aus der einzigen zugänglichen Größe FH die Anteile FHO, FHR und FHV zu ermitteln, wird wie folgt vorgegangen :

  • 1. In das 1. Gerüst einer Walzenstraße oder eines Teils einer Walzenstraße läuft das Material ein, ohne daß ein Rückzug über ein vorherliegendes Gerüst ausgeübt wird. Solange der Kopf der Walzader noch nicht das 2. Gerüst erreicht hat, wird auch kein Vorzug ausgeübt d.h. zu diesem Zeitpunkt gilt

    FHR1 = 0
    FHV1 = 0
    FH = FHO

    Die gemessene Horizontalkraft FH entspricht also dem Horizontalkraftanteil FHO ohne Zugbeeinflussung. Diese Größe FHO für das Gerüst 1 kann als (FHO)₁ abgespeichert werden.
  • 2. Wenn nun der Kopf der Walzader in das 2. Gerüst eintritt, ändert sich am 1. Gerüst der Messwert für FH um den Betrag von FHV.

    (FH)₁ = (FHO)₁ - (FHV)₁

    Der Zug zwischen Gerüst 1 und 2, (FHV)₁, kann jederzeit als Differenz des abgespeicherten Wertes (FHO)₁ für den zugfreien Walzprozess und des Augenblickswertes (FH)₁ bestimmt werden :

    (FHV)₁ = (FHO)₁ - (FH)₁

    Der Vorzug an Gerüst 1 ist aber gleichzeitig identisch zum Rückzug an Gerüst 2, so daß

    (FHR)₂ = (FHV)₁

    gesetzt werden kann. Betrachtet man den augenblicklichen Messwert für die Horizontalkraft am Gerüst 2, immer noch unter der Voraussetzung, daß der Kopf der Walzader noch nicht das Gerüst 3 erreicht hat, so ergibt sich die für den zugfreien Auslauf am Gerüst 2 zu erwartende Horizontalkraft (FHO)₂ als

    (FHO)₂ = (FH)₂ - (FHR)₂

    Damit ist für das 2. Gerüst die Horizontalkraft ohne Zugbeeinflussung ermittelt und diese kann abgespeichert werden. Solange der Kopf der Walzader noch nicht das 3. Gerüst erreicht hat, ist

    (FHV)₂ = 0 .
    z
  • 3. Die Walzader erreicht dann das 3. Walzgerüst und es ergibt sich möglicherweise ein Zug zwischen dem 2. und dem 3. Gerüst, d.h.,

    (FHV)₂ = (FHR)₃

    Sobald der Zug zwischen Gerüst 2 und 3 auftritt, ändert sich der augenblickliche Messwert (FH)₂ genau um diese Differenz und (FHV)₂ ergibt sich zu

    (FHV)₂ = (FHO)₂ - (FH)₂ + (FHR)₂ .

    Damit sind nun alle Horizontalkräfte um das 2. Gerüst bestimmt. Entsprechend dieser Beschreibung kann auch bei allen folgenden Walzgerüsten verfahren werden.
    Damit ist ein Messprinzip für die Ermittlung der Horizontalzugkräfte zwischen Walzgerüsten beschrieben. Zum Aufbau einer Zugkraftregelung kann entweder auf die Drehzahlabstimmung zwischen den Gerüsten eingewirkt werden oder/und auf die Anstellung der Gerüste. Dadurch kann die Zugkraft solange verändert werden, bis sie dem vorgegebenen Sollwert entspricht.
To determine the proportions F HO , F HR and F HV from the only accessible variable F H , the procedure is as follows:
  • 1. The material runs into the first stand of a roll train or part of a roll train without being pulled back over a previous stand. As long as the head of the roll core has not yet reached the second stand, no preference is exercised, ie it applies at this time

    F HR1 = 0
    F HV1 = 0
    F H = F HO

    The measured horizontal force F H thus corresponds to the horizontal force component F HO without influencing the train. This size F HO for the scaffold 1 can be saved as (F HO ) ₁.
  • 2. If the head of the rolling wire now enters the 2nd stand, the measured value for F H on the 1st stand changes by the amount of F HV .

    (F H ) ₁ = (F HO ) ₁ - (F HV ) ₁

    The tension between stands 1 and 2, (F HV ) ₁, can be determined at any time as the difference between the stored value (F HO ) ₁ for the draft-free rolling process and the instantaneous value (F H ) ₁:

    (F HV ) ₁ = (F HO ) ₁ - (F H ) ₁

    The preference for scaffold 1 is identical to the withdrawal for scaffold 2, so that

    (F HR ) ₂ = (F HV ) ₁

    can be set. If one considers the instantaneous measured value for the horizontal force on the stand 2, still on the condition that the head of the rolling rod has not yet reached the stand 3, the horizontal force (F HO ) ₂ to be expected for the draft-free run-out on the stand 2 results as

    (F HO ) ₂ = (F H ) ₂ - (F HR ) ₂

    This means that the horizontal force for the second scaffolding is determined without influencing the train and this can be saved. As long as the head of the roll core has not yet reached the 3rd stand

    (F HV ) ₂ = 0.
    e.g.
  • 3. The roll core then reaches the 3rd roll stand and there may be a train between the 2nd and 3rd stand, ie

    (F HV ) ₂ = (F HR ) ₃

    As soon as the train between scaffolding 2 and 3 occurs, the instantaneous measured value (F H ) ₂ changes by exactly this difference and (F HV ) ₂ results in

    (F HV ) ₂ = (F HO ) ₂ - (F H ) ₂ + (F HR ) ₂.

    Now all horizontal forces around the 2nd scaffold are determined. This description can also be used for all subsequent roll stands.
    This describes a measuring principle for determining the horizontal tensile forces between roll stands. To set up a traction control, you can either act on the speed adjustment between the stands or / and on the setting of the stands. This means that the tractive force can be changed until it corresponds to the specified target value.

Zur Vermeidung von Walzenbrüchen, die durch kurzzeitige Überbelastungen hervorgerufen werden und zu erheblichen wirtschaftlichen Schäden führen, wird der Meßwert |FN| herangezogen. Aus praktischen Erfahrungen oder theoretischen Überlegungen läßt sich eine maximal zulässige Kraft (FN)max vorgeben, die ständig mit der tatsächlich vorliegenden Walzkraft |FN| verglichen wird. Sobald |FN| größer oder gleich (FN)max ist, wird über eine Komperatorschaltung (Fig. 11) ein optischer oder akustischer Alarm ausgelöst; außerdem kann das Signal direkt zur Steuerung der Walzenanstellung verwendet werden, indem rechtzeitig vor Eintreten eines Walzenbruches durch Überlastung eine Automatik zum Auffahren der Walzen angesteuert wird.In order to avoid roll breaks, which are caused by brief overloading and lead to considerable economic damage, the measured value | F N | used. From practical experience or theoretical considerations, a maximum permissible force (F N ) max can be specified, which is constantly related to the actual rolling force | F N | is compared. As soon as | F N | is greater than or equal to (F N ) max, an optical or acoustic alarm is triggered via a comparator circuit (FIG. 11); the signal can also be used to directly control the Roll adjustment can be used in that an automatic system for opening the rolls is triggered in time before a roll break occurs due to overload.

In Fig. 12 sind die Nutzungsmöglichkeiten der erfindungsgemäß ermittelten Meßgrößen zusammengefaßt:

  • a) Der Winkel Gamma der resultierenden Kraftrichtung, der unter Verwendung der Winkelmessung des Winkels Phi bereitgestellt wird, wird zusammen mit der Dehnung für die Bestimmung der Zugverhältnisse um das Walzgerüst und für eine Zugregelung herangezogen.
  • b) Die ermittelte Dehnung wird in einem Komparator mit der maximal zulässigen Dehnung in der Innenbohrung der Walze verglichen und bei Überschreiten ein Signal zur Auslösung der Walzenbruchsicherung, beispielsweise schnelles Auffahren der Walzenanstellung, gegeben.
  • c) Unter Berücksichtigung der Information über den axialen Ort der Krafteinleitung und der Kenntnis über die Walzenkennlinie läßt sich aus der Dehnung und dem Winkel Gamma der resultierenden Kraftrichtung die augenblickliche Walzkraft berechnen.
The possible uses of the measured variables determined according to the invention are summarized in FIG. 12:
  • a) The angle gamma of the resulting direction of force, which is provided using the angle measurement of the angle Phi, is used together with the elongation for determining the tensile conditions around the roll stand and for tension control.
  • b) The determined elongation is compared in a comparator with the maximum permissible elongation in the inner bore of the roller and, if exceeded, a signal is given to trigger the roller breakage protection, for example rapid opening of the roller adjustment.
  • c) Taking into account the information about the axial location of the force application and the knowledge of the roll characteristic curve, the instantaneous rolling force can be calculated from the elongation and the angle gamma of the resulting force direction.

Nach einer besonderen Ausbildung der Erfindung werden die Messungen an Walzwerkswalzen durchgeführt, die keine Oberflächenkühlung benötigen, thermoschockbeständig sind und eine hohe Standzeit aufweisen.According to a special embodiment of the invention, the measurements are carried out on rolling mill rolls which do not require surface cooling, are resistant to thermal shock and have a long service life.

Derzeit wird die Oberfläche der Walzen in den meisten Verformungsschritten mit Kühlwasser beaufschlagt. Diese Kühlung gestattet es wegen der großen Ungenauigkeit nicht, die Erwärmung der Walze während des Walzprozesses als eine Meßgröße zur Bestimmung der Verformungsarbeit zusätzlich zur Walzkraft zu verwenden.Cooling water is currently applied to the surface of the rolls in most deformation steps. This cooling does not allow the heating of the roller during the because of the great inaccuracy To use the rolling process as a measurement variable for determining the deformation work in addition to the rolling force.

Als Werkstoff kommt erfindungsgemäß ein stabiler Austenit zum Einsatz, der nach der Stahl-Eisen-Liste die Markenbezeichnung X5 NiCrTi 25 15 mit der Werkstoff Nr. 1.4980 bzw. 1.4944 für die Luftfahrt und den internationalen Handelsnamen A 286 trägt.According to the invention, a stable austenite is used as the material, which according to the steel-iron list bears the brand name X5 NiCrTi 25 15 with the material no. 1.4980 or 1.4944 for aviation and the international trade name A 286.

In der Literatur werden für diesen Stahl mit mittleren Gehalten von 0,05 % C, 0,50 % Si, 1,80 % Mn, 15,00 % Cr, 1,35 % Mo, 25,00 % Ni, 0,20 % V, 2,10 % Ti, 0,005 % B Verwendungsgebiete wie Triebwerks- und Raketenbau, Gasturbinenläufer und Rezipienteninnenbüchsen angegeben.In the literature for this steel with average contents of 0.05% C, 0.50% Si, 1.80% Mn, 15.00% Cr, 1.35% Mo, 25.00% Ni, 0.20 % V, 2.10% Ti, 0.005% B Areas of application such as engine and rocket construction, gas turbine rotors and recipient liners are given.

Die erfindungsgemäße Verwendung als hochwarmfester Werkstoff für die Herstellung von Walzwerkswalzen hat den Vorteil, daß
- eine Oberflächenkühlung nicht benötigt wird,
- aufgrund seiner Thermoschockbeständigkeit die Bildung von Oberflächenrissen während des Walzvorganges vermieden wird,
- die Standzeit in Betriebsstunden oder in Tonnen pro Walzlos so groß ist, daß ein häufiges Umrüsten sowohl aus der Sicht der Betriebsnutzungszeit wie aber auch aus der Sicht des finanziellen Aufwandes nicht notwendig wird,
- die Wärmeleitfähigkeit besser ist als bei den herkömmlichen Walzwerksstoffen.The use according to the invention as a heat-resistant material for the production of rolling mill rolls has the advantage that
- surface cooling is not required,
- due to its thermal shock resistance, the formation of surface cracks during the rolling process is avoided,
- The service life in operating hours or in tons per roll lot is so long that frequent changeovers are not necessary, both from the point of view of the operating time and from the point of view of the financial expenditure,
- The thermal conductivity is better than with conventional rolling materials.

Je nach der Geometrie der Kalibrierung kann der sehr aufwendige Einsatz einer Vollwalze bei geringen Kalibertiefen durch Verwendung eines auf eine Achse aus hochfestem Stahl aufgeschrumpften Mantels aus dem vorgenannten Werkstoff ersetzt werden.Depending on the geometry of the calibration, the very complex use of a full roller at shallow depths can be replaced by using a jacket made of the aforementioned material and shrunk onto an axle made of high-strength steel.

Claims (3)

1. Verfahren zum Messen der an Walzwerkswalzen während des Walzens angreifenden Walzkräfte, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen als Meßort dienen und daß pro Meßort mindestens zwei Meßaufnehmer, unter verschiedenen Winkeln zueinander angeordnet, verwendet werden.1. A method for measuring the rolling forces acting on rolling mill rollers during rolling, characterized in that the rollers serve as the measuring point and that at least two measuring sensors, arranged at different angles to one another, are used per measuring point. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzwerkswalzen so ausgebildet sind, daß sie keine Oberflächenkühlung benötigen, thermoschockbeständig sind und eine hohe Standzeit aufweisen.2. The method according to claim 1, characterized in that the rolling mill rollers are designed so that they do not require surface cooling, are resistant to thermal shock and have a long service life. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzwerkswalzen aus einer Legierung mit mittleren Gehalten von
0,05 % C
0,50 % Si
1,80 % Mn
15,00 % Cr
1,35 % Mo
25,00 % Ni
0,20 % V
2,10 % Ti
0,005 % B
Rest Verunreinigungen
bestehen.3. The method according to claim 2, characterized in that the rolling mill rolls made of an alloy with average contents of
0.05% C
0.50% Si
1.80% Mn
15.00% Cr
1.35% Mo
25.00% Ni
0.20% V
2.10% Ti
0.005% B
Rest impurities
consist.
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