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Dokumentenidentifikation DE19543605A1 28.05.1997
Titel Verfahren zur Querschnittsregelung von Walzgut
Anmelder SMS Schloemann-Siemag AG, 40237 Düsseldorf, DE
Erfinder Palzer, Otmar, Dr., 40489 Aldenhoven, DE
Vertreter Hemmerich, Müller & Partner, 57072 Siegen
DE-Anmeldedatum 23.11.1995
DE-Aktenzeichen 19543605
Offenlegungstag 28.05.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.05.1997
IPC-Hauptklasse B21B 37/50
Zusammenfassung Ein Verfahren zur Querschnittsregelung von Walzgut über eine Walzgut-Schlingenregelung, insbesondere zwischen Walzgerüsten (WGn-1, WGn) in Profilwalzstraßen (1), sieht vor, daß über die Schlingenhöhe (h) die Horizontalkräfte im Walzgut verändert und darüber Breitungen des Walzgutes gezielt beeinflußt werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Querschnittsregelung von Walzgut über eine Walzgut-Schlingenregelung, insbesondere zwischen Walzgerüsten in Profilwalzstraßen.

Bei bekannten Walzstraßen werden, um zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gerüsten mit Sicherheit nahezu zugfrei walzen zu können, beim Durchlauf des Walzgutes durch die Fertigstaffel zwischen den Walzgerüsten vertikale oder horizontale Schlingen gebildet. Zum Auf- und Abbau der Schlinge eingesetzte Horizontalschlingenbildner weisen eine Auswerferrolle auf, die durch mindestens einen Luft- oder Hydraulikzylinder ausgeschwenkt wird. Sofern auch ein Vertikalschlingenbildner vorhanden ist, läßt sich die Auswerferrolle für die Vertikalschlinge über ein Hebelgestänge mit angelenktem Luft- oder Hydraulikzylinder antreiben und zur Schlingenbildung auslenken. Dieser Vorgang wird durch eine Regelung unterstützt, mit deren Hilfe die Schlinge aufgebaut und während des Walzens auf einem vorgegebenen Wert konstant gehalten wird. Die Schlingenregelung begrenzt die beiden horizontalen bzw. vertikalen Endlagen der Schlinge und hält diese soweit wie möglich in der Mitte des Schlingentisches. Dabei werden die beim Walzprozeß auftretenden Einflüsse berücksichtigt, wie Querschnittsänderungen z. B. in Folge wechselnder Besetzung der vorhergehenden mehradrigen Gerüste, die Temperatur des Walzgutes, etc., die sich in Geschwindigkeits- und Längenänderungen und damit in Änderungen der Schlingengröße umsetzen. Die Regelung arbeitet anhand einer fotoelektrischen Abtastung des Walzgutes und wirkt abhängig von der Richtung einer Kaskadenregelung auf die Drehzahl des vorhergehenden oder folgenden Gerüstes ein.

Damit sich der bei dieser bekannten Schlingenregelung hohe Aufwand und die Betriebskosten verringern sowie der Schlingenauf- und -abbau verbessern lassen, ist es durch die DE 44 07 981 A1 bekanntgeworden, daß dem aus dem Walzgerüst austretenden Walzgut Gelegenheit zum schwerkraftbedingten Absinken gegeben wird, die Walzgutspitze dann in Richtung auf das nachfolgende Walzgerüst umgelenkt und anschließend das Walzgut während der Umlenkungsphase temporär abgestützt wird, bis die Walzgutspitze in das Folgegerüst eingetreten ist und die Schlingenregelung die Schlinge stabilisiert. Die somit gravitationsbedingte Schlingenausbildung verringert die Ansprüche an die Dynamik der Schlingenregelung ganz wesentlich.

Die stark gestiegenen Ansprüche bezüglich Leistung und Qualität in Profilwalzwerken erfordern neben einer Schlingenregelung weiterhin auch eine Querschnittsregelung, damit sich die Maßhaltigkeit des Endproduktes trotz der stark schwankenden Eingangs- und Walzparameter der Knüppel erfüllen lassen. Aufgrund der variierenden Eingangs- und Walzparameter (Temperatur, Querschnitt, Werkstoffeigenschaften, Zug-/Druckkräfte) der Knüppel schwanken entsprechend die Endabmessungen der Fertigprodukte. Hierbei üben insbesondere die Temperaturschwankungen und die Zug-/Druckkräfte im Walzgut während des Walzens einen entscheidenden Einfluß auf die erreichbaren Toleranzen des Fertigproduktes aus. Daneben sind weitere die Produkt-Endabmessungen direkt oder indirekt beeinflussenden Faktoren zu berücksichtigen, z. B. der Walzenverschleiß, die Walzenthermik und die vom Kaliber abhängige Walzendurchbiegung.

In Profilwalzstraßen eingesetzte bekannte Querschnittsregelungssysteme bauen von ihrer Grundkonzeption her auf einer im Flachbereich hinlänglich bekannten AGC (Automatik Gauge Control)- Regelung auf. Eine hydraulische Anstellung der Regelung wurde dabei aus Kostengründen meist durch eine elektromechanische Anstellung ersetzt. Aus der komplexen AGC-Regelung im Flachbereich mit relativem und absolutem AGC wird in Profilwalzwerken oft nur die Monitorregelung benutzt, wobei die Anzahl der Walzgerüste mit einer der AGC ähnlichen Regelung variiert. Sind alle Walzgerüste mit einer solchen Regelung ausgerüstet, basiert die Querschnittsregelung auf einem Prozeßmodell, das die Verformungsregeln beinhaltet. Zur Realisierung der bekannten Querschnittsregelung ist eine mit geringen Toleranzen arbeitende, kontinuierliche Zug-/Druckregelung eine Voraussetzung. Das läßt sich bei größeren Walzgutquerschnitten in der Praxis nur durch eine Quotientenzug- /Druckregelung verwirklichen. Das erfordert es, die gesamte Walzstraße mit Walzkraftmeßdosen auszurüsten, die Kosten verursachen und zusätzlich auch den Wartungsaufwand aufgrund ihrer Anfälligkeit gegenüber Hitze und Feuchtigkeit erhöhen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sich die beschriebenen Nachteile vermeiden lassen und das eine verbesserte Querschnittsregelung ohne komplexe Anteile an Meß- und Regelungstechnik sowie mechanischen Einrichtungen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß über die Schlingenhöhe die Horizontalkräfte im Walzgut verändert und darüber Breitungen des Walzgutes gezielt beeinflußt werden. Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, daß zwischen der Schlingenhöhe und den horizontalen Kräften (Zug/Druck) einer Walzgutschlinge ein funktioneller Zusammenhang besteht, wie in Fig. 1 dargestellt. Jeder Schlingenhöhe entspricht eine bestimmte horizontale Kraft im Walzgut, die sich beim Walzen entscheidend auf die zu erzielenden Walzgutabmessungen auswirkt. Der Zusammenhang zwischen den Horizontalkräften und den Walzgutabmessungen ist in Fig. 2 für Rund- bzw. Winkelprofil dargestellt. Daraus ergibt sich, daß insbesondere die Walzgutbreite von den Horizontalkräften stark abhängig ist und sich die Profilhöhe bzw. -dicke unter dem Einfluß der Horizontalkräfte nur geringfügig ändert. Wie bekannt, variiert die Profilhöhe beim Walzen dank der relativ hohen Gerüststeifigkeit nur gering, während hingegen die Breite über die Walzgutlänge stark variiert.

Die vorstehend gewonnenen Erkenntnisse und Zusammenhänge werden erfindungsgemäß genutzt, indem nämlich durch Verändern der Schlingenhöhe die Horizontalkräfte und damit die Breitung des Walzgutes direkt durch die Schlingenhöhe so beeinflußt wird, daß die Abmessungen des Endproduktes garantiert im zulässigen Toleranzfeld liegen. Wenngleich sich für die erfindungsgemäße Querschnittsregelung in vorteilhafter Weise die eingangs beschriebene Gravitationsschlinge eignet, so ist die Erfindung jedoch auch bei herkömmlich aufgebauten Vertikal- und Horizontalschlingen einzusetzen. Die von den Schwankungen der Walzparameter in der Hauptsache herrührenden Breitenschwankungen des Walzgutes werden somit ausgeglichen.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Querschnittsregelung ist überraschend einfach. Sofern sich die gemessene Walzgutbreite aus dem zulässigen Toleranzbereich bewegt, wird über die Schlingenhöhe die Horizontalkraft im Walzgut so beeinflußt, daß die Walzgut breite wieder in den zulässigen Toleranzbereich geführt wird. Wenn die auslaufende Walzgutbreite beispielsweise zu groß ist, wird die Schlingenhöhe über die Schlingenregelung in Richtung Null korrigiert, und umgekehrt. Wenngleich die Profilhöhe bzw. Walzgutdicke durch relativ hohe Walzgerüststeifigkeit beinahe konstant bleibt, so wird dennoch auch die Walzguthöhe permanent überwacht und ausgewertet. Bewegt sich die Walzguthöhe während der Breitenkorrektur beim Einfahren der Straße aus dem zulässigen Toleranzbereich heraus, wird die Breitenregelung temporär unterbrochen und zwar so lange, bis die Walzgutdicke durch die technologischen Einflüsse wieder in der zulässigen Toleranzbereich zurückgeführt worden ist. Danach wird die Breitenregelung fortgesetzt. Nach dem Walzgutauslauf wird der Walzspalt entsprechend korrigiert, um beim nächsten Knüppel mehr Raum für die Breitenregelung zu schaffen.

Um die erfindungsgemäße Breitenregelung durchzuführen, bedarf es außer den Standardeinrichtungen zur Realisierung einer Schlingenregelung, vorzugsweise in Form einer Gravitationsschlinge, für die im wesentlichen lediglich eine klappbare Rinne mit Scanner erforderlich ist, nur noch eines handelsüblichen Meßgerätes zur Messung der Breite bzw. Dicke des Walzgutes. Zur Überwachung und Parametrierung läßt sich für eine Bedienungsperson ein Terminal mit Monitor und Tastatur vorsehen.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, daß die Breitenregelung des Walzgutes durch eine Unterlastkorrektur der Walzenanstellungen der an der Querschnittsregelung über die Schlingenregelung beteiligten Walzgerüste überlagert wird. Es läßt sich damit eine zweidimensionale Regelung erreichen und vermeiden, daß die Profilhöhe erst in der Walzpause zwischen zwei Knüppeln durch die Walzenanstellung für den nächsten Knüppel korrigiert wird, um eine notwendige Breitenkorrektur vornehmen zu können. Es können folglich Breitenabweichungen des gerade gewalzten Walzgutes bzw. Knüppels voll ausgeregelt werden, so daß sich auch schon dieser und nicht erst der nächste Knüppel im zulässigen Toleranzbereich befindet. Die der Breitenregelung überlagerte Profilhöhenregelung ergibt folglich im Ergebnis eine zweidimensionale Querschnittsregelung.

Die erfindungsgemäße Querschnittsregelung kann somit in zwei Varianten realisiert werden:

  • a) Eindimensionale Regelung (Breite)
  • b) Zweidimensionale Regelung (Breite und Höhe)


Bei der eindimensionalen Regelung wird während des Walzens über die Schlingenhöhe praktisch nur die Profilbreite kontinuierlich geregelt, wobei die Profilhöhe in den Pansen zwischen zwei nacheinanderfolgenden Knüppeln, d. h. ohne Last korrigiert wird.

Bei der zweidimensionalen Regelung wird außer der Breite, wie o.e. auch die Profilhöhe kontinuierlich geregelt, d. h. unter Last korrigiert.

Wie auch im Falle der eindimensionalen Querschnittsregelung lassen sich bei der zweidimensionalen Regelung im Falle von größeren Schwankungen der Walzgutabmessungen für die Querschnittsregelung mehrere Schlingen vorsehen, wobei die zweidimensionale Querschnittsregelung für jede weitere Schlinge ein zusätzliches unter Last anstellbares Walzgerüst benötigt.

Bei der eindimensionalen Querschnittsregelung, d. h. nur Breitenregelung sind - im Gegensatz zu den herkömmlichen Regelungen - hingegen keine Unterlastanstellungen erforderlich.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung näher erläutert sind. Es zeigen:

Fig. 1 ein den Zusammenhang zwischen der Schlingenhöhe und den Horizontalkräften (Zug/Druck) in einer Walzgutschlinge darstellendes Diagramm;

Fig. 2 ein den Zusammenhang zwischen den Horizontalkräften und den Walzgutabmessungen am Beispiel von Rund- bzw. Winkelprofilen darstellendes Diagramm;

Fig. 3 ein Anlagenschema zur Breitenregelung von Walzgut über die Schlingenhöhe; und

Fig. 4 ein Anlagenschema zur kontinuierlichen Breiten- und Dickenregelung von Walzgut über die Schlingenhöhe.

Die Diagramme gemäß den Fig. 1 und 2 sind weiter oben bereits beschrieben worden, so daß sich ein nochmaliges Eingehen hierauf an dieser Stelle erübrigt. Zur Vervollständigung wird allerdings noch erwähnt, daß darin mit

h = Schlingenhöhe δx = Zug/Druck

S = Walzgutquerschnitt

B = Walzgutbreite

H = Walzgutdicke

bezeichnet sind.

Von einer Fertig- bzw. Zwischenstraße 1, 100 einer weiter nicht gezeigten Fein- und Drahtstraße sind in den Fig. 3 und 4 zwei aufeinanderfolgende, jeweils lediglich durch eine obere und eine untere Horizontalwalze 2 bzw. 3 symbolisch gekennzeichnete Walzgerüste WGn-1 bzw. WGn dargestellt. Den Walzgerüsten WGn-1 und WGn sind über ein zwischengeschaltetes Getriebe 4 jeweils Motoren 5 zugeordnet, die an einen Impulsgeber 6 angeschlossen sind. Die Höhe h einer zwischen den beiden Walzgerüsten WGn-1 und WGn aufgebauten Walzgutschlinge 7 wird von einem Scanner 8 ermittelt und an eine als Black-Box dargestellte Regeleinheit 9 weitergegeben. Hinter dem in Walzrichtung 10 (vgl. den Pfeil) letzten Walzgerüst WGn ist ein die Breite B bzw. die Höhe H des Walzgutes ermittelndes Meßgerät 11 bzw. 111 (vgl. Fig. 4) angeordnet und über eine Steuereinheit 12 sowohl an die Regeleinheit 9 als auch einen Terminal 13 angeschlossen, der zur Überwachung und Parametrierung durch eine Bedienungsperson mit einer entsprechenden Tastatur ausgerüstet ist. An die Regeleinheit 9 sind weiterhin der Motor 5 des Walzgerüstes WGn-1 und der Impulsgeber 6 des Motors 5 des Walzgerüstes WGn angeschlossen.

Sofern bei der Ausführung nach Fig. 3 die mittels des Querschnittsmeßgerätes 11 ermittelte Walzgutbreite aus dem zulässigen Toleranzbereich gerät, wird über die automatische Regeleinheit 9 die von dem Scanner 8 überwachte Höhe h der Walzgutschlinge 7 verändert und damit die Horizontalkraft im Walzgut so beeinflußt, daß die Walzgutbreite wieder in den zulässigen Toleranzbereich gelangt. Mittels des Querschnittsmeßgerätes 11 wird weiterhin gleichzeitig ständig die Walzgutdicke bzw. -höhe H überwacht und ausgewertet. Weicht die Walzguthöhe H während der Breitenkorrektur aus dem zulässigen Toleranzbereich aus, wird die Breitenregelung bei einer eindimensionalen Regelung so lange unterbrochen, bis die Walzguthöhe H wieder in den zulässigen Bereich gelangt.

Die Fertig- und Zwischenstraße 100 gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von der in Fig. 3 dargestellten Fertig- und Zwischenstraße dadurch, daß dem in Walzrichtung 10 letzten Walzgerüst WGn eine von einem an die automatische Regeleinheit 9 angeschlossenen Motor 14 beaufschlagbare Unterlastanstellung 15 (Anstellspindel) zugeordnet ist. Mit dieser Anordnung ist eine kontinuierliche Breiten- und Dicken- bzw. Höhenregelung des Walzgutes möglich, was bedeutet, daß durch eine simultane Höhenkorrektur ein zusätzlicher Raum für die Breitenregelung geschaffen wird. Die Hauptabmessungen (Breite und Höhe) des Walzgutes lassen sich somit kontinuierlich beeinflussen, und zwar mit der zuvor beschriebenen Regelung der Schlingenhöhe h der Walzgutschlinge 7 und der damit bewirkten Veränderung der für die Breitenbeeinflussung maßgeblichen Horizontalkraft im Walzgut. Die der Breitenregelung überlagerte Unterlastkorrektur der Walzenanstellung und die damit erreichte zweidimensionale Regelung erlauben es, auch das momentan gewalzte Walzgut bei Breitenabweichungen im zulässigen Toleranzbereich zu halten, so daß die Korrektur nicht erst bei dem folgenden Walzgut einsetzt.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Querschnittsregelung von Walzgut über eine Walzgut-Schlingenregelung, insbesondere zwischen Walzgerüsten in Profilwalzstraßen, dadurch gekennzeichnet, daß über die Schlingenhöhe die Horizontalkräfte im Walzgut verändert und darüber Breitungen des Walzgutes gezielt beeinflußt werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilhöhe durch eine Walzspaltkorrektur zwischen zwei aufeinanderfolgenden Knüppeln korrigiert wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breitenregelung des Walzgutes durch eine Unterlastkorrektur der Walzenanstellungen der an der Schlingenregelung beteiligten Walzgerüste überlagert wird.






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