EP0522184B1 - Verfahren zur Regelung eines Walzwerks mit betriebsmässig veränderlichem Walzspalt - Google Patents

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EP0522184B1
EP0522184B1 EP91111158A EP91111158A EP0522184B1 EP 0522184 B1 EP0522184 B1 EP 0522184B1 EP 91111158 A EP91111158 A EP 91111158A EP 91111158 A EP91111158 A EP 91111158A EP 0522184 B1 EP0522184 B1 EP 0522184B1
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EP
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rolling
lever arm
roll gap
calculated
equation
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Roland Dipl.-Ing. Weber
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Original Assignee
Siemens AG
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/48—Tension control; Compression control
    • B21B37/52—Tension control; Compression control by drive motor control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/58—Roll-force control; Roll-gap control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/08—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling structural sections, i.e. work of special cross-section, e.g. angle steel
    • B21B1/0805—Flat bars, i.e. having a substantially rectangular cross-section
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/02—Shape or construction of rolls

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a rolling mill, in particular a multi-stand cold or hot rolling mill, in which rollers driven by electric motors in rolling stands by a roll gap, the size (employment) of which is subject to operational fluctuations, which exert the rolling forces necessary on the material during the rolling stock pass, and in which a lever arm, which results from the distance of the center of gravity of the vertical projection of the material / roller contact surface from the roller center connecting line, is calculated, and in which, during the rolling stock pass, the applied engine torque and the applied rolling force are measured, the resulting changes in the roll gap occurring during operation are continuously determined and a constant calculation of the current lever arm, which is used as the actual value for the control, is carried out with constants determined and stored during the tapping.
  • the invention has for its object to provide a method for controlling a rolling mill, in which the roll gap is operationally variable during the pass of the rolling stock, by means of which the accuracy of the tension control is further improved, and the achievement of better end products takes place with a lighter and more cost-effective design of the roll stands .
  • the object is achieved in that roll gap changes resulting during operation are continuously determined and a constant calculation of the current lever arm, which is used as the actual value for the control, takes place with constants determined and stored during the tapping.
  • a particularly advantageous embodiment of the method consists in that the change in the roll gap resulting from operation is determined continuously from the rolling force, a framework spring constant and, if the roll gap is controlled automatically or manually, from the travel path of the employment.
  • the control accuracy is increased considerably.
  • a further advantageous embodiment is characterized in that, during the tapping phase, instead of the lever arm, an operating-dependent constant is calculated and stored from the roll radius, motor torque, rolling force and setpoint torque. Since the lever arm does not change linearly with the setting, a ⁇ H value (rolling stock height reduction, see FIG. 1) is advantageously considered as the calculable variable to be stored, because this changes in the process of Employment changed linearly. Together with the change in position and the roller radius, the current lever arm is calculated.
  • substitute variables (mean values) for the roll radius and rolling stock height reduction are advantageously determined electrically and stored as constants, and the current lever arm is calculated together with the change in employment according to an approximation equation.
  • a further advantageous embodiment is that with the simultaneous use of automatic roll gap control and continuous minimum tension control, the minimum tension control already receives correspondingly corrected values for the lever arm during the settling of the roll gap control. This increases the accuracy and reduces the requirements for the rigidity.
  • the roll gap of the last stand is adjusted in order to correct the gauge block on a street with minimum tension control. This enables flexible production with unprecedented accuracy.
  • Constants that are important for the control are determined from actual value variables, for example the rolling force, the train-related moments and engine moments, by means of simple equations which are evident from the subclaims.
  • the rolling forces F W act on the material surface under a lever arm a, which results from the distance of the center of gravity of the vertical projection of the material / roller contact surface from the roller center connecting line 4.
  • the roller center connecting line 4 of the rollers 2, 3 is perpendicular to the surface of the flat material 1.
  • FIG. 2 which shows a structured embodiment, shows a setpoint computer 5, an actual value calculation arrangement 6, a comparison element 7 and a correction element 8 (minimum tension controller) for carrying out the method in flat rolling.
  • a correction element 8 minimum tension controller
  • the setpoint for the minimum tension control M Z * (n) of the scaffold under consideration is determined by means of the setpoint calculator 5 from an entry-side and an exit-side portion.
  • the entry-side is determined by converting the moments in the ratio of the roll radii from the setpoint of the previous stand M ZA * (n-1) and switched off after the material has left the stand n-1.
  • Setpoints are marked with an asterisk throughout the description. Index A stands for the exit side.
  • the actual value calculation arrangement 6 consists of the actual value computers 9, 10, 11, 12 and 13 and a memory 14.
  • the actual value computer 9 calculates from the actual values armature current i A , excitation current i E and speed n, which are continuously measured, a total static moment M on the rolling pin. For drives with direct converter feed, the total torque is available via the transvector control.
  • an actual value calculator 10 determines from the exit-side tension torque setpoint M ZA * (n-1) of the previous stand, which was previously in the Ratio of the roll radii to the stand n was converted, the roll radius r, the Motor torque M and the rolling force F W the rolling stock height reduction ⁇ H O at tapping.
  • the rolling stock height reduction ⁇ H O becomes electrical according to the equation calculated and stored in a memory 14.
  • Index E stands for entry side.
  • This actual tension torque value M Z is calculated using the equation M Z M - F W. 2a determined and fed to the comparator 7. There, the actual torque value M Z is compared with the desired torque value M Z * of the corresponding scaffold, and a correction value ⁇ M Z is formed, which is used as an input variable for a correction element 8 (minimum tension controller). Depending on the size of this correction value ⁇ M z , the speed control is influenced by the manipulated variable ⁇ n *.
  • FIG. 3 A basic illustration, in particular for a step profile, is shown in FIG. 3 to determine the mathematical relationships in profile rolling.
  • 4 shows a representation of the vertical projection of the rolling surfaces.
  • the rolling forces F W1 and F W2 attack under the lever arms a 1 and a 2.
  • the lever arms can be determined geometrically.
  • both the individual tensile forces F W1 and F W2 are unknown both for continuous tension control and for electrical determination of the single lever arms.
  • Only the rolling force sum F W is known . This advantageously results in the possibility of working with this total rolling force and a replacement lever arm.
  • the derivation of the replacement lever arm shows that this only shows dependencies on the rolling geometry, which means that continuous minimum tension control is also permitted for any profile, in particular a step profile, as long as this rolling geometry (position) does not change.
  • This relationship could be used to calculate the actual tension torque value M Z if the individual rolling forces were known.
  • this replacement lever arm can only be calculated precisely in a geometrical way. The calculations would be complicated even with simple profiles and are so complex for common profiles such as round, hexagonal, elliptical, angular, etc. that such a procedure is impractical. An electrical calculation of the unknown replacement lever arm is therefore sought.
  • FIG. 6 shows a setpoint calculator 5 ', an actual value calculation arrangement 6', a comparison element 7 'and a correction element 8' (minimum tension controller).
  • the function of the setpoint calculator 5 ' is identical to that of the setpoint calculator 5 for flat rolling.
  • the actual value calculation arrangement 6 ' consists of the actual value computers 9', 11 ', 12', 13 ', 15, 16 and the memories 17, 18, 19.
  • the actual value calculator 9' its function is identical to that of the actual value calculator 9 described above.
  • an actual value calculator 15 determines from the target torque value M ZA * (n-1) of the previous scaffold, the engine torque M and resulting rolling force F W two tapping lever arms a I and a II . These are temporarily stored in the memory 19.
  • the stored values of the tapping lever arms a I and a II and the change in pitch ⁇ A continuously determined by the actual value calculator 11 ′ are fed to the actual value calculator 16.
  • This calculates the substitute values (mean values) for roll radius and roll height reduction. The entire calculation is simplified if the rolling program-dependent constant instead of the roll radius r K ⁇ r 2nd will continue to be used.
  • the substitute size ⁇ H is only saved for the remaining term of the same member.
  • the memories for a x and ⁇ H Ox are overwritten, while the memory for K remains set until the end of the rolling program.
  • Another actual value calculator 13 now calculates the actual torque value M Z from this current lever arm a, the measured rolling force F W and the engine torque M, as already described for flat rolling.
  • the determination of the correction value ⁇ M Z is also identical to that for flat rolling.
  • the actual value calculator and other computing elements are advantageously combined in a common unit and are implemented by software. Important values are on a Monitor displayed, eg information about the state of the lever arm calculator with automatic lever arm calculation.
  • disturbance variables e.g. noise suspension, etc.
  • the accuracy of the control is significantly improved, inexpensive, e.g. soft mill stands are used and commissioning of rolling mills is simplified.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)
  • Crushing And Grinding (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Walzwerks, insbesondere eines mehrgerüstigen Kalt- oder Warmwalzwerks, bei dem durch Elektromotoren angetriebene Walzen in Walzgerüsten durch einen Walzspalt, dessen Größe (Anstellung) betriebsmäßigen Schwankungen unterliegt, die beim Walzgutdurchlauf notwendigen Walzkräfte auf das Material ausüben, und bei dem ein Hebelarm, der sich aus dem Abstand des Schwerpunktes der vertikalen Projektion der Material/Walzenberührungsfläche von der Walzenmittenverbindungslinie ergibt, berechnet wird, und bei dem während des Walzgutdurchlaufs das aufgebrachte Motormoment und die aufgebrachte Walzkraft gemessen werden, wobei die sich im Betrieb ergebenden walzspaltveränderungen kontinuierlich ermittelt werden und mit bei den Anstichen ermittelten und gespeicherten Konstanten eine kontinuierliche Berechnung des aktuellen Hebelarmes erfolgt, der als Istwert fur die Regelung verwendet wird.
  • Aus der DE-PS 39 03 589 ist ein Verfahren zur Regelung einer im Walzgut übertragenen Zugkraft in einer m-gerüstigen kontinuierlichen Walzstraße bekannt, bei dem in jedem Gerüst ein Hebelarm aus Walzkraft, Walzmoment sowie eintrittsseitigem zugbedingtem Moment berechnet wird. Der Hebelarm wird gespeichert und weiterhin zur Berechnung des zugbedingten Moments verwendet, das als Istwert für eine Zugregelung dient.
  • Bei diesem Verfahren wird die betriebsmäßige Änderung des Walzspaltes nicht erfaßt, so daß die sich daraus ergebenen Schwankungen des Hebelarms unberücksichtigt bleiben und nicht in die Regelung eingehen. Diese Schwankungen sind jedoch die Hauptursache für die noch bestehenden Ungenauigkeiten der Regelung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung eines Walzwerks, bei dem der Walzspalt betriebsmäßig während des Walzgutdurchlaufs veränderlich ist, anzugeben, durch das die Genauigkeit der Zugregelung weiter verbessert wird, und die Erreichung besserer Endprodukte bei leichter und kostengünstiger Ausführung der Walzgerüste erfolgt.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß sich im Betrieb ergebende Walzspaltveränderungen kontinuierlich ermittelt werden und mit bei den Anstichen ermittelten und gespeicherten Konstanten eine kontinuierliche Berechnung des aktuellen Hebelarms erfolgt, der als Istwert für die Regelung verwendet wird.
  • Eine besonders günstige Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß die sich im Betrieb ergebende Walzspaltveränderung aus der Walzkraft, einer Gerust-Federkonstanten und, falls eine automatische oder manuelle Regelung des Walzspalts erfolgt, aus dem Verfahrweg der Anstellung kontinuierlich ermittelt wird. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, z.B. Einflüsse der Gerüstauffederung infolge sich ändernder Walzkräfte (z.B. durch Legierungseinflüsse, Temperatureinflüsse etc.), bewußtes Verfahren während des Walzprozesses oder Regeltotzeiten zu erfassen und deren negative Einflüsse zu kompensieren. Die Regelgenauigkeit wird erheblich erhöht.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß beim Walzen während der Anstichphase anstatt des Hebelarms eine betriebsabhängige Konstante aus Walzenradius, Motormoment, Walzkraft und Zugmomenten-Sollwert berechnet und abgespeichert wird. Da sich der Hebelarm nicht linear mit der Anstellung ändert, kommt als abzuspeichernde berechenbare Größe vorteilhaft ein ΔH-Wert (Walzguthöhenreduktion, siehe FIG 1) in Betracht, weil dieser sich bei Verfahren der Anstellung linear verändert. Zusammen mit der Anstellungsveränderung und dem Walzenradius wird damit der aktuelle Hebelarm berechnet.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden beim Walzen von Profilmaterial über mindestens zwei Anstich-Messungen bei veränderter Anstellung Ersatzgrößen (Mittelwerte) für Walzenradius und Walzguthöhenreduktion vorteilhaft elektrisch ermittelt und als Konstanten abgespeichert, und zusammen mit der Anstellungsveränderung der aktuelle Hebelarm nach einer Näherungs-Gleichung berechnet. Durch die Einführung einer Näherungs-Gleichung für den Hebelarm a gelingt es, die schon bei einfachen Profilen, z.B. einem Stufenprofil, komplexen Gleichungen vorteilhaft so zu vereinfachen, daß die benötigten Größen elektrisch ermittelt werden können. Dadurch eröffnet sich die Möglichkeit auch beliebige Profile bei kontinuierlicher Minimalzugregelung und gleichzeitig variablem Walzspalt mit niedrigen Toleranzen zu walzen.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist, daß bei gleichzeitigem Einsatz von automatischer Walzspaltregelung und kontinuierlicher Minimalzugregelung die Minimalzugregelung schon während des Einschwingens der Walzspaltregelung entsprechend korrigierte Werte für den Hebelarm erhält. Dadurch wird die Genauigkeit erhöht und die Anforderungen an die Gerüststeifigkeit gemindert.
  • Weiterhin ist vorgesehen, daß zur Endmaßkorrektur bei einer minimalzuggeregelten Straße der Walzspalt des letzten Gerüstes verstellt wird. Dadurch wird eine flexible Prodkuktion mit bisher unerreicht hoher Genauigkeit erreicht.
  • Die Ermittlung von für die Regelung wichtigen Konstanten aus Istwertgrößen, z.B. der Walzkraft, der zugbedingten Momente und Motormomente erfolgt vorteilhaft durche einfache Gleichungen, die aus den Unteransprüchen ersichtlich sind.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen für Flachwalzen und Profilwalzen, anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den Unteransprüchen.
    Es zeigen:
    • FIG 1
    eine Prinzipdarstellung für Flachwalzung,
    FIG 2
    eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens bei Flachwalzung,
    FIG 3
    eine Prinzipdarstellung für Profilwalzung,
    FIG 4
    eine Darstellung der senkrechten Projektion der Walzflächen bei Profilwalzung,
    FIG 5
    den Verlauf eines Hebelarms in einem Diagramm über der Walzguthöhenreduktion bei Flachwalzung und
    FIG 6
    eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens bei Profilwalzung.
  • FIG 1 zeigt eine Prinzipdarstellung des Walzvorgangs bei Walzung von Flachmaterial mit Angabe der üblichen Rechengrößen. Ein Flachmaterial 1, mit der Dicke H₁, wird von zwei Walzen 2,3, mit dem Radius r, unter Einwirkung der Walzkräfte FW auf die Dicke H₂ reduziert, woraus sich eine Walzguthöhenreduktion ΔH = H₁- H₂ ergibt. Die Walzkräfte FW greifen unter einem Hebelarm a, der sich aus dem Abstand des Schwerpunktes der vertikalen Projektion der Material/ Walzenberührungsfläche von der Walzenmittenverbindungslinie 4 ergibt, an der Materialoberfläche an. Die Walzenmittenverbindungslinie 4 der Walzen 2,3 steht senkrecht zur Oberfläche des Flachmaterials 1.
  • In dieser Darstellung werden die benötigten Formeln für die Flachwalzung abgeleitet. Die Größen für die Materialdicken H₁ und H₂ sowie die Walzenradien r sind bekannt. Gesucht ist der Hebelarm a. Die Walzguthöhenreduktion ΔH ergibt sich nach den Gleichungen H₁ - H₂ = ΔH und ΔH = 2 . (r - r² - 4a² )
    Figure imgb0001
     . Die Auflösung dieser Gleichung nach dem Hebelarm a ergibt a = 1 4 · ΔH·(4r - ΔH)
    Figure imgb0002
     (geometrische Ermittlung). Mit dieser Gleichung wird für eine Flachwalzung bei Kenntnis von r und ΔH der Hebelarm a berechnet, wenn nicht eine elektrische Berechnung vorgezogen wird.
  • In FIG 2, die eine gegliederte Ausführungsform zeigt, ist ein Sollwert-Rechner 5, eine Istwert-Rechnungsanordnung 6, ein Vergleichsglied 7 und ein Korrekturglied 8 (Minimalzugregler) zur Durchführung des Verfahrens bei Flachwalzung dargestellt.
  • Der Sollwert für die Minimalzugregelung MZ*(n) des betrach teten Gerüstes wird mittels des Sollwert-Rechners 5 aus einem eintrittsseitigen und einem austrittsseitigen Anteil ermittelt. Der eintrittseitige wird durch Umrechnung der Momente im Verhältnis der Walzenradien aus dem Sollwert des vorhergehenden Gerüstes MZA*(n-1) ermittelt und nach Auslauf des Materials aus Gerüst n-1 abgeschaltet. Der austrittseitige Anteil wird aus dem erlaubten spezifischen Zug σA*, dem Austrittsquerschnitt AA und dem Walzenradius r nach der Formel MZA* = σA* . AA . r berechnet. Sollwerte sind in der Beschreibung durchgehend mit einem Stern gekennzeichnet. Index A steht für austrittsseitig.
  • Die Istwert-Rechnungsanordnung 6 besteht aus den Istwert-Rechnern 9,10,11,12,13 und einem Speicher 14. Der Istwert-Rechner 9 berechnet aus den Istwerten Ankerstrom iA, Erregerstrom iE und Drehzahl n, die ständig gemessen werden, ein statisches Gesamtmoment M an den Walzzapfen. Bei direktumrichtergespeisten Antrieben ist das Gesamtmoment über die Transvektorregelung erhältlich. Während einer Anstichphase, d.h. solange der austrittsseitige Zug noch Null ist und der eintrittsseitige Zug durch die vorangegangene Minimalzugregelung geregelt wird, ermittelt ein Istwert-Rechner 10 aus dem austrittsseitigen Zugmomenten-Sollwert MZA*(n-1) des vorhergehenden Gerüstes, das zuvor im Verhältnis der Walzenradien auf das Gerüst n umgerechnet wurde, dem Walzenradius r, dem Motormoment M und der Walzkraft FW die Walzguthöhenreduktion ΔHO bei Anstich. Die Walzguthöhenreduktion ΔHO wird elektrisch gemäß der Gleichung
    Figure imgb0003
    berechnet und in einem Speicher 14 abgespeichert. Bezüglich des Anstichs im ersten Gerüst ist
    Figure imgb0004
    zu setzen. Index E steht für eintrittsseitig.
  • Der Istwert-Rechner 11 ermittelt fortlaufend aus der gemessenen Walzkraft Fw, einer Gerüst-Federkonstanten CG und dem Istweg der Anstellung S die aktuelle Anstellungsveränderung ΔA seit Berechnung des Wertes ΔHO. Diese wird, zusammen mit der Walzguthöhenreduktion ΔHO und dem Walzenradius r dem Istwert-Rechner 12 zugeführt. Aus diesen zugeführten Werten errechnet der Istwert-Rechner 12 den aktuellen Hebelarm a des entsprechenden Gerüstes anhand der Gleichung a = 1 4 · (ΔH O + ΔA) . (4r - ΔH O - ΔA)
    Figure imgb0005
     . Ein weiterer Istwert-Rechner 13 berechnet nun aus diesem aktuellen Hebelarm a, der gemessenen Walzkraft FW und dem gemessenen Motormoment M den Zugmomenten-Istwert Mz. Dieser Zugmomenten-Istwert MZ wird anhand der Gleichung MZ M - FW. 2a ermittelt und dem Vergleichsglied 7 zugeführt. Dort wird der Zugmomenten-Istwert MZ mit dem Zugmomenten-Sollwert MZ* des entsprechenden Gerüstes verglichen, und ein Korrekturwert ΔMZ gebildet, der als Eingangsgröße für ein Korrekturglied 8 (Minimalzugregler) verwendet wird. In Abhängigkeit von der Größe dieses Korrekturwertes ΔMz wird die Drehzahlregelung durch die Stellgröße Δn* beeinflußt.
  • Zur Ermittlung der mathematischen Zusammenhänge beim Profilwalzen ist in FIG 3 eine Prinzipdarstellung, insbesondere für ein Stufenprofil, gezeigt. FIG 4 zeigt eine Darstellung der senkrechten Projektion der Walzflächen. In den Schwerpunkten der Einzelflächen greifen vorstellungsmäßig die Walzkräfte FW1 und FW2 unter den Hebelarmen a₁ und a₂ an. Sind Gestalt und Abmessungen des einlaufenden Profils bekannt, so können die Hebelarme auf geometrischem Wege ermittelt werden. Unbekannt sind jedoch sowohl für eine kontinuierliche Zugregelung als auch für eine elektrische Ermittlung der Einzelhebelarme, die Einzelwarzkräfte FW1 und FW2. Bekannt ist nur die Walzkraftsumme FW. Es ergibt sich vorteilhaft die Möglichkeit mit dieser Summenwalzkraft und einem Ersatzhebelarm zu arbeiten. Bei der Ableitung des Ersatzhebelarms zeigt sich, daß dieser nur Abhängigkeiten von der Walzgeometrie zeigt, woraus sich ergibt, daß eine kontinuierliche Minimalzugregelung auch für ein beliebiges Profil, insbesondere ein Stufenprofil erlaubt ist, solange sich diese Walzgeometrie (Anstellung) nicht ändert.
  • Bei sich ändernder Anstellung, z.B. durch eine gewollte automatische Walzspaltregelung (AGC), unterliegt jeder Einzelhebelarm a₁, a₂ der für Flachwalzung abgeleiteten exakten Abhängigkeit a = 1 4 · ΔH · (4r - ΔH)
    Figure imgb0006
    Figure imgb0007
     . Diese Beziehung könnte zur Berechnung des Zugmomenten-Istwertes MZ herangezogen werden, wenn die Einzelwalzkräfte bekannt wären. Dies ist jedoch nicht der Fall. Deshalb muß mit einem Ersatzhebelarm gearbeitet werden. Dieser Ersatzhebelarm kann für einfache Stufenprofile aber nur auf geometrischem Wege exakt berechnet werden. Die Berechnungen wären schon bei einfachen Profilen kompliziert und sind für gängige Profile wie z.B. rund, sechskant, elliptisch, winkelig usw. so komplex, daß ein solches Vorgehen unpraktisch ist. Angestrebt wird deshalb eine elektrische Berechnung des unbekannten Ersatzhebelarms a.
  • Durch eine besonders vorteilhafte Näherungs-Gleichung zur Berechnung des Hebelarms a gelingt es nun, eine komplizierte Gleichungsstruktur zu umgehen.
  • In FIG 5 ist der Verlauf des Hebelarms a über der Walzguthöhenreduktion ΔH nach der exakten Gleichung für Flachwalzung dargestellt. Die Gleichnung lautet a = 1 4 · ΔH . (4r - ΔH)
    Figure imgb0008
     , wobei in diesem Beispiel für den Walzenradius r = 500 mm angenommen wird. Der voraussichtliche Betriebsbereich wird von ΔH = 0 bis 50 mm angenommen. Der Wert ΔH = 100 mm dient zur Extrapolation. Es ergibt sich trotz der Differenz unter der Wurzel im Beispiel die für die Wurzelfunktionen typische liegende Parabel. Dies wird immer dann zutreffen, wenn der Klammerausdruck (4r - ΔH) sich über den betrieblich genutzten Funktionsverlauf nur wenig ändert. Wegen 4r>> ΔH ist dies bei realisitischer Walzengeometrie gegeben. Folgende Näherung ist also zulässig: a ≈ 1 4 · ΔH . 4r = √r 2 . ΔH
    Figure imgb0009
    Figure imgb0010
  • Hierin ist √r 2
    Figure imgb0011
     eine walzprogrammabhängige Konstante K und ΔH = ΔHO + ΔA wegen ΔA eine betriebsabhängige Größe. Soll die Näherungs-Gleichung für beliebige Profile angewendet werden, so stellt sowohl r als auch ΔH eine Ersatzgröße (Mittelwert) dar. Für die gewünschte, vorteilhaft elektrische Ermittlung dieser zwei Größen sind zwei Anstich-Messungen bei veränderter Anstellung erforderlich um zwei Bestimmungsgleichungen zu erhalten.
  • Die Durchführung des Verfahrens für eine beliebige Profilwalzung wird anhand der Schaltungsanordnung in FIG 6 erläutert. Die den Elementen bei Flachwalzung entsprechenden Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern und Apostroph gekennzeichnet. Die FIG 6 zeigt einen Sollwert-Rechner 5', eine Istwert-Rechnungsanordnung 6', ein Vergleichsglied 7' und ein Korrekturglied 8' (Minimalzugregler).
  • Die Funktion des Sollwert-Rechners 5' ist mit der des Sollwertrechners 5 bei Flachwalzung identisch. Die Istwert-Rechnungs-anordung 6' besteht aus den Istwertrechnern 9', 11', 12', 13', 15, 16 und den Speichern 17, 18, 19. Der Istwert-Rechner 9' ist in seiner Funktion identisch mit dem oben beschriebenen Istwert-Rechner 9. Durch zwei Anstich-Messungen bei unterschiedlicher Anstellung ermittelt ein Istwert-Rechner 15 aus dem Zugmomenten-Sollwert MZA*(n-1) des vorhergehenden Gerüstes, dem Motormoment M und der resultierenden Walzkraft FW zwei Anstich-Hebelarme aI und aII. Diese werden in dem Speicher 19 zwischengespeichert.
  • Die gespeicherten Werte der Anstichhebelarme aI und aII sowie die von dem Istwert-Rechner 11' kontinuierlich ermittelte Anstellungsveränderung ΔA werden dem Istwert-Rechner 16 zugeführt. Dieser berechnet daraus die Ersatzgrößen (Mittelwerte) für Walzenradius und Walzguthöhenreduktion. Die gesamte Rechnung wird vereinfacht, wenn statt des Walzenradius r gleich die Walzprogrammabhängige Konstante K = √r 2
    Figure imgb0012
     weiterverwendet wird. Diese Ersatzgröße K für den Walzenradius unterliegt keinen Schwankungen des Eintrittsprofils und braucht deshalb nicht bei jedem Anstich erneut berechnet zu werden. Sie wird nur einmalig für ein neues Walzprogramm nach der Gleichung K = a I ΔA ( a II a I )² - 1
    Figure imgb0013
    berechnet und in dem Speicher 17 abgespeichert. Sie wird auf Wunsch auch angezeigt und bei Wiederholung des gleichen Walzprogramms manuell in den Speicher 17 eingegeben. Die der ersten Messung zugeordnete Ersatzgröße ΔHOI für die Walzguthöhenreduktion wird nach der Gleichung Δ H OI = a I K 2
    Figure imgb0014
    berechnet. Sie unterliegt Schwankungen des Eintrittsprofils und wird aus Genauigkeitsgründen vorteilhaft bei jedem Folgeanstich nach der Beziehung ΔH OX = ( a x K ) ²
    Figure imgb0015
     neu berechnet, wobei der Index x den Folgeanstich bezeichnet. Die Ersatzgröße ΔH wird nur für die Restlaufzeit des gleichen Stabes abgespeichert. Die Speicher für ax und ΔHOx werden jeweils überschrieben, während der Speicher für K bis zum Ende des Walzprogramms gesetzt bleibt.
  • Der Istwert-Rechner 12 berechnet aus den zugeführten Speicherwerten und dem aktuellen Wert der seit Messung I bzw. x erfolgten Anstellungsänderung ΔA den aktuellen Hebelarm a anhand der Gleichung a = k . ΔH O + ΔA
    Figure imgb0016
    Figure imgb0017
     . Ein weiterer Istwert-Rechner 13' berechnet nun aus diesem aktuellen Hebelarm a, der gemessenen Walzkraft FW und dem Motormoment M den Zugmomenten-Istwert MZ, wie schon bei der Flachwalzung beschrieben. Auch die Ermittung des Korrekturwertes ΔMZ ist mit der bei Flachwalzung identisch.
  • Durch die zweimalige Benutzung der Näherungs-Gleichung a = √r 2 . ΔH
    Figure imgb0018
     ergibt sich der Vorteil, daß sich die aufgrund der Näherung gemachten Fehler bei der Berechnung der Speicherwerte und die Fehler bei der Berechnung des zugebedingten Momentes für die beiden gemessenen Betriebspunkte (Anstichmessungen I, II) exakt aufheben. Von näherungsbedingten Fehlern ist also nur der Kurvenverlauf abseits dieser beiden Betriebspunkte betroffen. Die Meßpunkte I, II sind daher günstig im Betriebsbereich zu verteilen.
  • Alle Berechnungen werden vorteilhaft mit gefilterten M- und FW-Werten durchgeführt. Von allen Hebelarmen wird vor Zwischenspeicherung durch adaptive Filterung ein repräsentativer Mittelwert gebildet.
  • Die Istwert-Rechner und weitere Rechenelemente sind vorteilhaft in einer gemeinsamen Einheit zusammengefaßt und werden durch Software realisiert. Wichtige Werte werden auf einem Monitor dargestellt, z.B. Angaben über den Zustand des Hebelarmrechners bei automatischer Hebelarmberechnung.
  • Durch die Ermittlung der Walzspaltveränderung ΔA während des Walzgutdurchlaufs werden Störgrößen (z.B. Gerustauffederung, etc.) gemessen und gehen über den Hebelarm a kontinuierlich in die Regelung ein. Dadurch besteht die Möglichkeit, die übliche kontinuierliche Minimalzugregelung auch einzusetzen, wenn die Walzspalte größeren betriebsmäßigen Veränderungen unterliegen. Die Genauigkeit der Regelung wird deutlich verbessert, es können kostengünstige, z.B. weiche Walzgerüste verwendet werden und die Inbetriebnahme von Walzstraßen wird vereinfacht.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Regelung eines Walzwerks, insbesondere eines mehrgerüstigen Kalt- oder Warmwalzwerks, bei dem durch Elektromotoren angetriebene Walzen (2,3) in Walzgerüsten durch einen Walzspalt, dessen Größe (Anstellung) betriebsmäßigen Schwankungen unterliegt, die beim Walzgutdurchlauf notwendigen Walzkräfte auf das Material ausüben, und bei dem ein Hebelarm a, der sich aus dem Abstand des Schwerpunktes der vertikalen Projektion der Material/Walzenberührungsfläche von der Walzenmittenverbindungslinie ergibt, berechnet wird, und bei dem während des Walzgutdurchlaufs das aufgebrachte Motormoment M und die aufgebrachte Walzkraft FW gemessen werden, wobei die sich im Betrieb ergebenden Walzspaltveränderungen ΔA kontinuierlich ermittelt werden und mit bei den Anstichen ermittelten und gespeicherten Konstanten eine kontinuierliche Berechnung des aktuellen Hebelarmes a erfolgt, der als Istwert für die Regelung verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich im Betrieb ergebende Walzspaltänderung ΔA aus der Walzkraft FW, einer Gerüst-Federkonstanten CG und, falls eine automatische oder manuelle Regelung des Walzspalts erfolgt, aus dem Verfahrweg der Anstellung ΔS kontinuierlich ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Walzen während der Anstichphase anstatt des Hebelarms (9) die betriebsabhängige Walzguthöhenreduktion ΔHO aus Walzenradius r, Motormoment M, Walzkraft FW und Zugmomenten-Sollwert MZ* berechnet und als Stichkonstante abgespeichert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Zugmomenten-Sollwert MZ* aus einem eintrittsseitigen MZE* und einem austrittsseitigen MZA* Anteil zusammensetzt, wobei der eintrittsseitige Anteil aus dem Sollwert MZA*(n-1) des vorherigen Gerüstes und der austrittsseitige Anteil nach der Formel MZA * = σA* . AA . r ermittelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzguthöhenreduktion ΔHO nach der Gleichung ΔH O = 2 . (r- r² - ( M-M ZE * (n) F W )² )
    Figure imgb0019
     berechnet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der aktuelle Hebelarm a nach der Gleichung a = 1 4 · (ΔH O + ΔA) . (4r - ΔH O - ΔA)
    Figure imgb0020
     berechnet wird.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der aktuelle Hebelarm a nach der Näherungsgleichung a ≈ 1 4 . ΔH . 4r
    Figure imgb0021
     berechnet wird.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Walzen von Profilmaterial, über mindestens zwei Anstich-Messungen bei veränderter Anstellung, Ersatzgrößen (Mittelwerte) für Walzenradius r und Walzgutreduktion ΔHO elektrisch ermittelt und als Konstanten abgespeichert werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die Ersatzgröße für den Walzenradius r über Anstich-Hebelarme aI,aII und die Anstellungsveränderung ΔA nach der Gleichung K = a I ΔA ( a II a I )² - 1
    Figure imgb0022
     berechnet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstich-Hebelarme aI,aII aus Motormoment M, Zugmomenten-Sollwert MZE*(n) und Walzkraft FW berechnet und abgespeichert werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ersatzgröße für die Walzguthöhenreduktion ΔHO* nach der Gleichung ΔH O = a x K 2
    Figure imgb0023
     berechnet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 7, 8, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der aktuelle Hebelarm a nach der Näherungs-Gleichung a = K . ΔH O + ΔA
    Figure imgb0024
     berechnet wird.
  13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichzeitigem Einsatz von automatischer Walzspaltregelung und kontinuierlicher Minimalzugregelung die Minimalzugregelung schon während des Einschwingens der Walzspaltregelung entsprechend korrigierte Werte für den Hebelarm erhält.
  14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Endmaßkorrektur bei einer minimalzuggeregelten Straße der Walzspalt des letzten Gerüstes verstellt wird.
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