EP1307302B1 - Walzgerüst mit einem cvc-walzenpaar - Google Patents

Walzgerüst mit einem cvc-walzenpaar Download PDF

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EP1307302B1
EP1307302B1 EP01960551A EP01960551A EP1307302B1 EP 1307302 B1 EP1307302 B1 EP 1307302B1 EP 01960551 A EP01960551 A EP 01960551A EP 01960551 A EP01960551 A EP 01960551A EP 1307302 B1 EP1307302 B1 EP 1307302B1
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EP
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cvc
rolls
cont
pair
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EP01960551A
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Hans-Georg Hartung
Klaus Klamma
Wolfgang Rohde
Jürgen Seidel
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SMS Siemag AG
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SMS Demag AG
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B13/00—Metal-rolling stands, i.e. an assembly composed of a stand frame, rolls, and accessories
    • B21B13/14—Metal-rolling stands, i.e. an assembly composed of a stand frame, rolls, and accessories having counter-pressure devices acting on rolls to inhibit deflection of same under load; Back-up rolls
    • B21B13/142—Metal-rolling stands, i.e. an assembly composed of a stand frame, rolls, and accessories having counter-pressure devices acting on rolls to inhibit deflection of same under load; Back-up rolls by axially shifting the rolls, e.g. rolls with tapered ends or with a curved contour for continuously-variable crown CVC

Definitions

  • the invention relates to a roll stand with a CVC roller pair, preferably a CVC work roll pair and a backup roll pair having a contact area in which acts a horizontally acting moment that leads to a Entanglement of the rollers and thereby to axial forces in the roller bearings leads.
  • EP 0 049 798 B1 describes a rolling mill with work rolls, optionally supported on back-up rolls or back-up rolls and intermediate rolls, wherein the work rolls and / or backup rolls and / or intermediate rolls against each other axially displaceable and each roller at least one of these Roller pairs with a curved towards running towards a bale end Contour is provided, which is followed by the two rollers respectively extends opposite sides over part of the Walzgutbreite.
  • the rolled strip cross section is almost exclusively due to the axial displacement the rollers provided with the curved contour, so that the use of a roll bending is unnecessary.
  • the curved contour of both Rolls runs over their entire bale length and has a shape that is complemented in a certain axial position of both rolls complementary.
  • roller peripheral forces causes a moment around the center of the scaffolding, which is used to secure the rollers and thus to axial forces can lead in the roller bearings.
  • the invention is based on the object, in a generic rolling mill Provide measures that minimize the axial forces of the roller bearings become.
  • the task is characterized by the characterizing features of Claim 1 solved. Simply by changing the shape of the CVC rollers The moments acting in a horizontal direction can be done without additional effort be minimized.
  • the polynomial coefficient a 0 results from the current roll radius.
  • the polynomial coefficients a 2 , a 3 and a 4 a 5 , etc. are set so as to give the desired setting range for the CVC system.
  • the polynomial coefficient a 1 is independent of the adjustment range and line load between the rollers and thus freely selectable. This wedge factor or linear component a 1 can be selected so that minimal axial forces occur when using CVC rollers.
  • the optimum wedge factor a 1 is determined offline and as an average value from various shift positions of the CVC rollers (eg minimum, neutral and maximum shift position). Although a complete compensation of the axial forces of the roller bearings is not achieved by averaging, but a minimum value of the same over the entire adjustment range of the rollers.
  • these tangents run but also parallel to the roll axis.
  • CVC work rolls 1 are in different Displacement positions shown.
  • the work rolls 1 are of support rollers. 2 supported. Between the work rolls 1 is a rolled strip. 3
  • the load in the nip is assumed to be constant over the rolled strip 3 and independent of the shift position of the work rolls 1. It is represented by arrows 4.
  • the load between the CVC work rolls 1 and the backup rolls 2 is distributed unequally over their contact area b cont and changes with the shift position of the work rolls 1. This load is represented by arrows 5.
  • the sum of the loads represented by the arrows 4 and 5 is equal and opposite.
  • FIG. 3 shows a conventionally ground CVC work roll pair, which was designed with the goal of smallest diameter differences.
  • the an end diameter 7 and the convex portion of the roller contacting tangent 8 and the other end diameter 9 and the concave portion of the Roller touching other tangents 10 are parallel to the axes of the conventionally ground work rolls.
  • the corresponding run Tangents of the CVC rollers according to Figure 4 with optimized Wedge were designed in parallel, but with respect to the roll axes around the optimum wedge angle • (alpha) inclined.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Walzgerüst mit einem CVC-Walzenpaar, vorzugsweise einem CVC-Arbeitswalzenpaar und einem Stützwalzenpaar, die einen Kontaktbereich aufweisen, in dem ein horizontal wirkendes Moment wirkt, das zu einer Verschränkung der Walzen und dadurch zu Axialkräften in den Walzenlagern führt.
Die EP 0 049 798 B1 beschreibt ein Walzwerk mit Arbeitswalzen, die sich gegebenenfalls an Stützwalzen oder Stützwalzen und Zwischenwalzen abstützen, wobei die Arbeitswalzen und/oder Stützwalzen und/oder Zwischenwalzen gegeneinander axial verschiebbar sind und jede Walze wenigstens eines dieser Walzenpaare mit einer in Richtung zu einem Ballenende hin verlaufenden, gekrümmten Kontur versehen ist, die sich an den beiden Walzen jeweils nach entgegengesetzten Seiten über einen Teil der Walzgutbreite erstreckt. Hierbei wird der Walzbandquerschnitt praktisch ausschließlich durch die Axialverschiebung der mit der gekrümmten Kontur versehenen Walzen beeinflusst, so dass sich der Einsatz einer Walzenbiegung erübrigt. Die gekrümmte Kontur beider Walzen verläuft über deren gesamte Ballenlänge und hat eine Gestalt, die sich in einer bestimmten Axialstellung beider Walzen komplementär ergänzt.
Aus der EP 0 294 544 B1 sind Walzenformen bekannt, deren Kontur durch ein Polynom fünfter Ordnung beschrieben ist. Diese Walzenform gestattet noch weitergehende Korrekturen des Walzbandes.
Um Lagerkräfte und schief wirkende Walzkräfte beträchtlich zu minimieren, wird in der JP-A-61-296904 vorgeschlagen, die Konturen der Arbeitswalzen mit einer solchen Krümmung zu versehen, dass sie eine parallel zur Walzenachse verlaufende Linie dreimal schneidet. Die gekrümmten Konturen erstrecken sich dabei an beiden Walzen jeweils so nach entgegengesetzten Seiten, dass der aus beiden Walzen gebildete Gesamtdurchmesser über die gesamte Walzenlänge gleich bleibt.
In den vorgenannten Dokumenten wird jedoch nicht beachtet, dass beim Walzvorgang mit CVC-Walzen nicht nur die Walzspaitform und der Profilstellbereich eine Rolle spielen. Insbesondere der Bauaufwand der Walzenlager wird durch Axialkräfte der Walzen beeinflusst, die beim Einsatz einer ungeeigneten Schliff-Form entstehen können.
Bedingt durch den - wenn auch kleinen - Durchmesserunterschied über der Ballenlänge einer CVC-Walze ergeben sich unterschiedliche Kontaktkräfte und Umfangsgeschwindigkeiten.
An den Stellen der gepaarten Walzen, die gleichen Durchmesser aufweisen, sind deren Umfangsgeschwindigkeiten gleich. An den anderen Stellen des Walzenkontaktbereichs sind der Durchmesser und damit die Umfangsgeschwindigkeit einer Walze jeweils kleiner oder größer als deren gepaarte Walze. Daraus ergibt sich je nach Festlegung der Koordinatenrichtung ein negativer oder positiver Geschwindigkeitsunterschied zwischen den gepaarten Walzen über deren Kontaktbereich.
Die unterschiedlich großen und unterschiedlich gerichteten Relativgeschwindigkeiten führen zu unterschiedlich großen und unterschiedlich gerichteten Umfangs-kräften. Diese Verteilung der Walzenumfangskräfte verursacht ein Moment um die Gerüstmitte, das zum Schränken der Walzen und damit zu Axialkräften in den Walzenlagern führen kann.
Aus der JP-A-6-285518 ist es bekannt, die Kontur von gegeneinander axial verschiebbaren Arbeitswalzen nach einem Polynom höherer Ordnung auszubilden, wobei der höchste Term die Distanz von der Walzenmitte in Richtung der Walzenachsen und drei weitere Terme die Punktsymmetrie betreffen. Die Konturen der Arbeitwalzen sind dabei so ausgebildet, dass die Integration des Produkts aus dem Walzenradius und der Distanz von der Walzenmitte in Richtung der Walzenachsen über die gesamte Kontaktlänge mit einer anderen Walze, beispielsweise einer Stützwalze, den Wert Null ergeben. Durch eine derartige Kontur der Arbeitswalzen können auftretenden Lagerkräfte, die u. a. durch die Schiefstellung der Arbeitwalzen erzeugt werden, erniedrigt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen Walzgerüst Maßnahmen anzugeben, durch die die Axialkräfte der Walzenlager minimiert werden. Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Allein durch Änderung der Formgebung der CVC-Walzen können die in horizontaler Richtung wirkenden Momente ohne Zusatzaufwand minimiert werden.
Eine geeignete Änderung der Formgebung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Radiusverlauf der CVC-Walze durch den Polynomansatz R(x) = a0 + a1 • x + a2 • x2 +......+ an • xn beschrieben und vorzugsweise der sogenannte Keilfaktor a1 als Optimierungsparameter verwendet ist. Die Kontur einer CVC-Walze wird definiert durch ein Polynom dritter Ordnung: R(x) = a0 + a1 x + a2 x2 + a3 x3 mit
  • L = Radius der CVC-Walze
  • ai = Polynomkoeffizienten
  • x = Koordinate in Ballen-Längsrichtung
    • Bei CVC-Walzen höherer Ordnung werden noch weitere Polynomglieder (a4, a5, etc.) berücksichtigt.
    Der Polynomkoeffizient a0 ergibt sich durch den aktuellen Walzenradius. Die Polynomkoeffizienten a2, a3 sowie a4 a5, etc. werden so festgelegt, dass sich der gewünschte Stellbereich für das CVC-System ergibt. Der Polynomkoeffizient a1 ist unabhängig von Stellbereich und Linienbelastung zwischen den Walzen und somit frei wählbar. Dieser Keilfaktor bzw. Linearanteil a1 kann so gewählt werden, dass beim Einsatz von CVC-Walzen minimale Axialkräfte entstehen.
    Aus Gründen der Praktikabilität wird der optimale Keilfaktor a1 offline und als Mittelwert aus verschiedenen Schiebepositionen der CVC-Walzen (z. B. minimale, neutrale und maximale Schiebeposition) bestimmt. Durch die Mittelwertbildung wird zwar keine vollständige Kompensation der Axialkräfte der Walzenlager erreicht, aber ein im gesamten Verstellbereich der Walzen minimaler Wert derselben.
    Bei optimierter Keiligkeit des CVC-Schliffs verlaufen die Tangenten, die einen Enddurchmesser an der konkaven Seite der Walze und die konvexe Partie der Walze berühren und die Tangente, die den anderen Enddurchmesser (an der konvexen Seite der Walze) und die konkave Partie der Walze berühren, zueinander parallel und gegenüber den Walzenachsen um den optimalen Keilwinkel geneigt. Bei konventionell geschliffenen CVC-Arbeitswalzen, die mit dem Ziel kleinster Durchmesserdifferenzen ausgelegt wurden, verlaufen diese Tangenten dagegen auch parallel zur Walzenachse.
    Aufgrund mathematischer Überlegungen und empirischer Daten hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass der Keilfaktor a1 für eine Walze mit einem Polynomansatz 3. Ordnung im Bereich von a1 = -120 bis -520 • a3 • b2 cont liegt.
    Entsprechende Überlegungen führen dazu, dass der Keilfaktor a1 für eine Walze mit einem Polynomansatz 5.Ordnung durch den Ausdruck a1 = f1 • a3 • b2 cont + f2 • a5 • b4 cont beschreibbar ist, mit f1=-120 bis -520 und f2 = 0 bis-7112
    Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind.
    Es zeigen:
    Fig. 1a, 1b und 1c
    ein CVC-Arbeitswalzenpaar in unterschiedlicher Verschiebeposition und mit Stützwalzen sowie die Linienlastverteilung im Walzspalt und zwischen den Walzen,
    Fig. 2
    Umfangskraftverteilung im Kontaktbereich zweier Walzen,
    Fig. 3
    CVC-Arbeitswalzenpaar mit konventionellem Schliff,
    Fig. 4
    CVC-Arbeitswalzenpaar mit optimaler Keiligkeit.
    In den Figuren 1a, 1b und 1c sind CVC-Arbeitswalzen 1 in unterschiedlichen Verschiebepositionen dargestellt. Die Arbeitswalzen 1 sind von Stützwalzen 2 gestützt. Zwischen den Arbeitswalzen 1 befindet sich ein Walzband 3.
    Die Last im Walzspalt wird als konstant über dem Walzband 3 und unabhängig von der Verschiebeposition der Arbeitswalzen 1 angenommen. Sie ist durch Pfeile 4 dargestellt. Die Last zwischen den CVC-Arbeitswalzen 1 und den Stützwalzen 2 ist über deren Kontaktbereich bcont ungleich verteilt und ändert sich mit der Verschiebeposition der Arbeitswalzen 1. Diese Last ist durch Pfeile 5 dargestellt. Die Summe der durch die Pfeile 4 und 5 dargestellten Lasten ist gleich und entgegengerichtet.
    Die sich aus den Walzenformen ergebenden Lastpfeile 5 und die lokale positive oder negative Relativgeschwindigkeit führen gemäß Figur 2 zu unterschiedlichen Umfangskräften Qi über die Kontaktbreite bcont. Diese Verteilung der Walzenumfangskraft Qi verursacht ein Moment M um die Walzengerüstmitte 6, was zum Schränken der Walzen 1, 2 und damit zu Axialkräften in deren Lagern führen kann.
    Dies wird verhindert durch eine entsprechende Walzenschliff-Form. Bei CVC-Walzen mit der Walzenkontur nach einem Polynomansatz dritten Grades gemäß R(x) = a0 + a1 • x + a2 • x2 + a3 • x3 steht nur der Faktor a1, der sogenannte Keilfaktor für eine Variation des Schliffbildes zur Verfügung, weil der Polynomkoeffizient a0 den jeweiligen Walzenradius und die Polynomkoeffizienten a2, a3, a4, a5 usw. den gewünschten Stellbereich des CVC-Systems bestimmen. Lediglich der Keilfaktor a1 ist unabhängig von Stellbereich und Linienbelastung zwischen den Walzen und somit frei wählbar. Bei CVC-Walzen, deren Kontur durch ein Polynom dritter Ordnung definiert ist, führt der Keilfaktor a1 zu einem minimalen Moment M, wenn er im Bereich a1 = -120 bis -520 • a3 • b2 cont liegt.
    Für CVC-Walzen, deren Kontur durch ein Polynom 5. Ordnung definiert ist, erreicht das Moment M ein Minimum, wenn der Keilfaktor a1 = f1 • a3 • b2 cont + f2 • a5 • b4 cont beträgt mit f1=-120 bis -520 und f2 = 0 bis-7112
    In Figur 3 ist ein konventionell geschliffenes CVC-Arbeitswalzenpaar dargestellt, das mit dem Ziel kleinster Durchmesserdifferenzen ausgelegt wurde. Die einen Enddurchmesser 7 und die konvexe Partie der Walze berührende Tangente 8 und die den anderen Enddurchmesser 9 und die konkave Partie der Walze berührende andere Tangente 10 verlaufen parallel zu den Achsen der konventionell geschliffenen Arbeitswalzen. Demgegenüber verlaufen die entsprechenden Tangenten der CVC-Walzen gemäß Figur 4, die mit optimierter Keiligkeit ausgelegt wurden, parallel, jedoch gegenüber den Walzenachsen um den optimalen Keilwinkel • (alpha) geneigt.
    Bezugszeichenliste
    1, 1'
    CVC-Arbeitswalzen
    2
    Stützwalzen
    3
    Walzband
    4
    Pfeil (Last im Walzspalt)
    5
    Pfeil (Last zwischen Arbeitswalze 1 und Stützwalze 2)
    6
    Walzgerüstmitte
    7, 7'
    Enddurchmesser
    8, 8'
    Tangente
    9, 9'
    anderer Enddurchmesser
    10, 10'
    andere Tangente

    Claims (2)

    1. Walzgerüst mit einem CVC-Walzenpaar, vorzugsweise einem CVC-Arbeitswalzenpaar (1, 1') und einem Stützwalzenpaar (2), die einen Kontaktbereich (bcont) aufweisen, in dem ein horizontal wirkendes Moment (M) wirkt, das zu einer Verschränkung der Walzen (1, 2) und dadurch zu Axialkräften in den Walzenlagem führt, dadurch gekennzeichnet, dass das Moment (M) durch einen geeigneten CVC-Schliff der Walzen (1, 1') minimiert ist mit einem Radiusverlauf (Kontur) der CVC-Walzen (1, 1'), der durch den Polynomansatz: R(x) = a0 + a1 • x + a2 • x2 +.....+ an • xn definiert ist mit:
      R(x) =
      Radiusverlauf
      x =
      Koordinate in Ballen-Längsrichtung
      a0 =
      aktueller Walzenradius
      a1 =
      Optimierungsparameter (Keilfaktor), der offline als Mittelwert aus verschiedenen Schiebepositionen der CVC-Walzen (z. B. minimale, neutrale und maximale Schiebeposition) gebildet ist
      a2 bis an =
      Stellbereich des CVC-Systems,
      wobei der CVC-Schliff bei optimierter Keiligkeit so ausgebildet ist, dass die Tangente (8'), die einen Enddurchmesser (7') und die konvexe Partie der Walze (1') und die Tangente (10'), die den anderen Enddurchmesser (9') und die konkave Partie der Walze (1') berühren, zueinander parallel und gegenüber den Walzenachsen um den optimalen Keilwinkel (α) geneigt verlaufen.
    2. Walzgerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Optimierungsparameter a1 für eine Walze (1,1') mit einem Radiusverlauf nach einem Polynomansatz 3. Ordnung im Bereich von a1 = f1 • a3 • b2 cont und für eine Walze (1, 1') mit einem Radiusverlauf nach einem Polynomansatz 3. Ordnung im Bereich von a1 = f1 • a3 • b2 cont + f2 • a5 • b4 cont liegt mit: f 1 = - 120 bis - 520 und f2 = 0 bis -7112
    EP01960551A 2000-08-10 2001-07-25 Walzgerüst mit einem cvc-walzenpaar Expired - Lifetime EP1307302B1 (de)

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