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Die
Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren zum Einbringen eines Walzguts,
insbesondere eines Metallbands, in ein Walzgerüst eines Walzwerks, wobei das
Walzwerk ein Walzgerüst
mit Arbeitswalzen und eine Steuereinrichtung aufweist, wobei das Walzgut
einen Walzgutkopf aufweist und mit einer Walzgutkopfgeschwindigkeit
auf das Walzgerüst
zubewegt wird, wobei die Arbeitswalzen einen Walzspalt bilden, wobei
die Steuereinrichtung das Walzgerüst derart ansteuert, dass vor
Eintritt des Walzgutkopfes in den Walzspalt die Arbeitswalzen mit
einer Umfangsgeschwindigkeit gedreht werden, welche im Wesentlichen
gleich der Walzgutkopfgeschwindigkeit ist. Ferner betrifft die Erfindung
eine Steuereinrichtung für
ein Walzwerk und ein Walzwerk zum Walzen eines Walzgutes, insbesondere
eines Metallbandes, wobei das Walzwerk ein Walzgerüst mit Arbeitswalzen
und eine Steuereinrichtung aufweist, wobei das Walzgut einen Walzgutkopf
aufweist und mit einer Walzgutkopfgeschwindigkeit auf das Walzgerüst zubewegbar
ist, wobei die Arbeitswalzen einen Walzspalt bilden, wobei das Walzgerüst von der
Steuereinrichtung derart ansteuerbar ist, dass vor Eintritt des
Walzgutkopfes in den Walzspalt die Arbeitswalzen mit einer Umfangsgeschwindigkeit
gedreht werden, welche im Wesentlichen gleich der Walzgutkopfgeschwindigkeit
ist
DE-AS 1 284 922 .
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Bei
der Herstellung von Halbzeug wird in der Regel aus flüssigem Walzgut
ein Strang oder Brammen gegossen, welche anschließend zu
Halbzeug weiterverarbeitet werden. Dazu werden diese in der Regel
durch ein Warm- und/oder Kaltwalzwerk prozessiert.
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Beim
Einbringen bzw. Einfädeln
von Walzgut in ein Walzgerüst
kommt es häufig
zu Verschleißerscheinungen
an den Arbeitswalzen des Walzgerüsts und/oder
Durchsatzeinbußen
durch den Einfädelvorgang.
Die Verschleißerscheinungen
an den Arbeitswalzen sind dadurch bedingt, dass das in das Walzgerüst einlaufende
Walzgut an der Mantelfläche
einer Arbeitswalze anschlägt
und es zu sogenannten „roll marks" kommt. Abhängig von
den Abmessungen solcher Arbeitswalzenbeschädigungen, ist ggf. ein sofortiger
Walzenwechsel erforderlich und damit ein hoher Walzenverschleiß gegeben.
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In
Walzwerken werden heutzutage verschiedene Verfahren zum Einfädeln eines
Walzguts in ein Walzgerüst
bzw. in eine Walzstraße
genutzt, um derartige Arbeitswalzenbeschädigungen zu vermeiden.
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Beispielsweise
ist von Betreiberseite bekannt, ein Walzgut in eine Walzstraße derart
einzufädeln,
dass zunächst
alle Walzgerüste
der Walzstraße geöffnet sind,
ein Walzgut in die gesamte Walzstraße eingebracht wird, anschließend alle
Walzgerüste
geschlossen werden, und dann ein Walzvorgang, vorzugsweise ein kontinuierlicher
Walzvorgang, begonnen wird. Dies hat zur Folge, dass ein hohes Maß an Walzgutausschuss
pro Einfädelvorgang
erzeugt wird. Walzgutausschuss ist in einem solchen Falle einmal die
Länge der
gesamten Walzstraße
pro Einfädelvorgang.
Insbesondere bei nichtkontinuierlichem Walzen, d. h. bei sogenannten
Batch Mills, ist die Effizienzminderung der Walzstraße durch
einen derartigen Einfädelvorgang
beträchtlich,
da Walzgutverluste für
jede Gramme gegeben sind. Ferner ist dieses Verfahren zeitaufwändig, da
es manuell durchgeführt wird.
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Alternativ
ist es ebenfalls von Betreiberseite bekannt, ein Walzgut in ein
Walzgerüst
einzufädeln, wobei
das Walzgerüst
bereits auf einen Walzspalt eingestellt ist, der die auslaufseitige,
reduzierte Dicke des Walzguts bereitstellt. Hier wird das Walzgut
sehr langsam in das Walzgerüst
eingefahren, um die Beschädigung
der Arbeitswalzen so gering wie möglich zu halten. Ferner ist
die Umlaufgeschwindigkeit der Arbeitswalzen deutlich größer als
die Geschwindigkeit des einlaufenden Walzguts. Die Umlaufgeschwindigkeit
der Arbeitswalzen ist nämlich
bereits auf die Auslaufdicke des Walzguts aus dem Walzgerüst angepasst.
Die Beschädigung
der Arbeitswalzen kann hier einerseits nicht gänzlich vermieden werden, andererseits
führt die
erforderliche geringe einlaufseitige Walzgutgeschwindigkeit zu Durchsatzeinbußen.
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Als
weitere Maßnahme
zur Verringerung von Arbeitswalzenbeschädigungen beim Einbringen in ein
Walzgerüst
sind ferner Sonderbetriebsarten bekannt, wie Anspitzen und das Aufbringen
von Schmiermittel, insbesondere Öl
bzw. einer Ölemulsion,
auf das Walzgut. Diese Sonderbetriebsarten stören ebenfalls einen durchsatzoptimierten
Betriebsablauf und führen
daher ebenso zu Durchsatzeinbußen.
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Aus
der Auslegeschrift 1 284 922 ist bekannt, einen Walzspalt auf einen
gewünschten
Walzspalt vor dem Anstechen einzustellen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Betriebsverfahren,
eine Steuereinrichtung und ein Walzwerk der eingangs genannten Art
bereitzustellen, mit welchen die Standzeit der Arbeitswalzen und
die Produktivität
des Walzwerks erhöht
werden.
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Der
verfahrensmäßige Teil
der Aufgabe wird gelöst
durch ein Betriebsverfahren zum Einbringen eines Walzguts, insbesondere
eines Metallbands, in ein Walzgerüst eines Walzwerks, wobei das
Walzwerk ein Walzgerüst
mit Arbeitswalzen und eine Steuereinrichtung aufweist, wobei das
Walzgut einen Walzgutkopf aufweist und mit einer Walzgutkopfgeschwindigkeit
auf das Walzgerüst
zubewegt wird, wobei die Arbeitswalzen einen Walzspalt bilden, wobei die
Steuereinrichtung das Walzgerüst
derart ansteuert, dass vor Eintritt des Walzgutkopfes in den Walzspalt
die Arbeitswalzen mit einer Umfangsgeschwindigkeit gedreht werden,
welche im Wesentlichen gleich der Walzgutkopfgeschwindigkeit ist,
dass vor Eintritt des Walzgutkopfes in den Walzspalt der Walzspalt
in vertikaler Richtung auf im Wesentlichen eine einlaufseitige Walzgutdicke
eingestellt ist, und dass bei oder nach Eintritt des Walzgutkopfes
in den Walzspalt dieser auf einen vorbestimmten Wert geschlossen
und im Wesentlichen gleichzeitig mit Schließen des Walzspalts die Umfangsgeschwindigkeit
der Arbeitswalzen in Abhängigkeit
vom Schließzustand
des Walzspalts geändert,
insbesondere erhöht,
wird.
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Die
Erfindung kann sowohl für
eingerüstige Walzstraßen als
auch für
mehrgerüstige
Walzstraßen verwendet
werden. D. h. das Walzwerk umfasst mindestens ein Walzgerüst. Die
Erfindung ist gleichermaßen
anwendbar für
Kaltwalzstraßen
und Warmwalzstraßen.
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Durch
das erfindungsgemäße Betriebsverfahren
können
Arbeitswalzenbeschädigungen
beim Einfädeln
des Walzguts in ein Walzgerüst
nahezu vollständig
vermieden werden. Ferner wird der Walzgutausschuss gegenüber den
bekannten Verfahren deutlich reduziert. Darüber hinaus kann das Verfahren
für gängige Walzgeschwindigkeiten
vorgesehen werden, d. h. es ist keine Sonderbetriebsart erforderlich,
welche aus zeitlichen Gründen
zu Durchsatzeinbußen
führt.
Somit kann die Produktivität
eines Walzwerks signifikant gesteigert werden.
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Ein
Walzspalt wird durch die Arbeitswalzenmantelflächen von zwei Arbeitswalzen
gebildet, wobei ein kürzester
Abstand zwischen der oberen und der unteren Arbeitswalze durch eine
Mantelflächennormale
die vertikale Ausdehnung des Walzspalts definiert. Der Walzspalt
kann in Breitenrichtung des Walzguts unterschiedliche vertikale
Ausdehnungen haben, welche bspw. durch eine Walzenschliffform, Walzenabnutzung,
thermische Ausdehnung der Walzen oder Walzenbiegung bedingt sind.
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Als
Walzgutkopf, Bandkopf oder Bandanfang wird das dem Walzgerüst zugewandte
Ende eines in ein Walzgerüst
einlaufenden Walzguts bzw. Bands bezeichnet, wohingegen der Walzgutfuß bzw. Bandfuß, auch
als Bandende bezeichnet, das dem Walzgerüst abgewandte Ende eines in
ein Walzgerüst
einlaufenden Walzguts bzw. Bandes ist.
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Die
Walzgutkopfgeschwindigkeit kann bspw. mittels Geschwindigkeitssensoren
erfasst werden. Die Steuereinrichtung steuert die Umlaufgeschwindigkeit
der Arbeitswalzen derart, dass die Umlaufgeschwindigkeit der Arbeitswalzen
im Wesentlichen zum Zeitpunkt des Eintritts des Walzgutkopfs in
den Walzspalt der Walzgutkopfgeschwindigkeit angeglichen ist. Dadurch
wird vermieden, dass zwischen Arbeitswalzenmantelfläche und
Walzgut bzw. Walzgutkopf ein großer Differenzbetrag zwischen
Umlaufgeschwindigkeit und Walzgutkopfgeschwindigkeit, d. h. ein
hoher Relativgeschwindigkeitsbetrag zwischen Walzgut und Arbeitswalzenmantelfläche, vorliegt,
der zur Beschädigung
der Arbeitswalze führen
könnte. Unter
Umlaufgeschwindigkeit wird die Bahngeschwindigkeit eines fixen Punktes
auf einer Arbeitswalzenmantelfläche
verstanden, welcher durch die Drehung der Arbeitswalze im Wesentlichen
eine Kreisbahn beschreibt.
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Ebenfalls
wird im Wesentlichen vor Eintritt des Walzgutkopfes in den Walzspalt
der Walzspalt im Wesentlichen auf die Dicke des einlaufenden Walzgutkopfes
eingestellt. Einerseits werden dadurch die Arbeitswalzen nicht der
Gefahr ausgesetzt, durch in den Walzspalt einzubringendes Walzgut,
insbesondere dessen Kanten beschädigt
zu werden. Andererseits ist der Anstellweg zum Schließen des
Walzspalts möglichst
gering. Der Walzspalt wird also ungefähr auf die Dicke des einlaufenden
Walzgutkopfes eingestellt. Der Walzspalt kann etwas kleiner oder
etwas größer als
die Walzgutkopfdicke sein. Vorzugsweise ist der Walzspalt etwas
weiter geöffnet
als der einlaufende Walzgutkopf dick ist. Die Positionsbestimmung
des Walzgutkopfes erfolgt bspw. über
eine Walzgutkopf- bzw. Walzgutverfolgung, welche Bezugspunkte und
eine bspw. durch Walzen oder Treiber bekannte Walzgutkopf- bzw.
Walzgutgeschwindigkeit, nutzt, um die Position des Walzgutkopfes
zu bestimmen.
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Alternativ,
jedoch sich der Gefahr der Arbeitswalzenbeschädigung aussetzend, ist es möglich, den
Walzspalt etwas kleiner als die Walzgutkopfdicke einzustellen. Erreicht
das Walzgut den Walzspalt, so federt dieser etwas auf, da das Walzgut
dicker ist, als der Walzspalt hoch. Das Auffedern des Walzspaltes
bei Eintritt des Walzgutkopfes in den Walzspalt kann vorteilhaft
als Startsignal zum Hochfahren der Walzkraft bzw. zum Belasten des
Walzspalts genutzt werden. Eine Walzgutverfolgung ist hier somit
nicht zwingend erforderlich, um den Eintrittszeitpunkt in den Walzspalt
festzulegen. Der Walzgutverlust für das Endprodukt kann dadurch
gegebenenfalls weiter verringert werden.
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Im
Wesentlichen bei oder nach Eintritt des Walzgutkopfs in den Walzspalt
wird der Walzspalt auf einen vorbestimmten Wert geschlossen und
im Wesentlichen gleichzeitig bzw. synchron mit Schließen des
Walzspalts die Umfangsgeschwindigkeit der Arbeitswalzen in Abhängigkeit
vom Walzspalt, d. h. von der Öffnung
des Walzspalts, geändert,
insbesondere erhöht.
Als Walzspalt bzw. Walzspaltöffnung
wird die die Auslaufdicke des Walzguts definierende Walzspalteinstellung
bezeichnet. Alternativ kann formuliert werden, dass der Walzspalt
auf einen vorbestimmten Wert geschlossen und im Wesentlichen gleichzeitig
mit Schließen
des Walzspalts die Umfangsgeschwindigkeit der Arbeitswalzen in Abhängigkeit
von der auslaufseitigen Walzgutdicke geändert, insbesondere relativ
zur Einlaufgeschwindigkeit des Walzguts erhöht, wird. Insbesondere wird
die Umlaufgeschwindigkeit der Arbeitswalzen in Abhängigkeit
vom Walzspalt auf eine durch den vorbestimmten Wert des Walzspalts
definierte Umlaufgeschwindigkeit geändert.
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Die
Umlaufgeschwindigkeit wird dabei unter Berücksichtigung der beim Walzen
geltenden Massenflussgesetze bzw. Volumenerhaltungsgesetze derart
geändert,
dass im Wesentlichen bei Erreichen der auslaufseitig gewünschten
Walzgutdicke, die Umlaufgeschwindigkeit der Arbeitswalzenmantelflächen an
die auslaufseitige Walzgutdicke entsprechend der obigen Gesetzmäßigkeiten
angepasst ist.
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Während der
synchronen Änderung
der Umlaufgeschwindigkeit und des Walzspalts durch Erhöhung der
Walzkraft auf die durch die gewünschte auslaufseitige
Walzgutdicke vorgegebenen Werte besteht in der Regel ein nichtlinearer
Zusammenhang zwischen der Änderung
der Walzkraft und der Änderung
der Umlaufgeschwindigkeit der Arbeitswalzenmantelflächen.
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Die
gewünschte
auslaufseitige Walzgutdicke bzw. die Öffnung des gewünschte Walzspalts
kann bspw. durch den Betreiber der Walzstraße geeignet manuell gewählt oder
durch ein Walzmodell berechnet und vorgegeben werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird einlaufseitig
und/oder auslaufseitig vor und/oder nach dem Walzgerüst eine
Zugspannung des Walzguts gemessen, wobei die Steuereinrichtung Stellmittel
zur Beeinflussung der Zugspannung des Walzguts derart ansteuert,
dass in Abhängigkeit der
gemessenen Zugspannung eine vorgesehene Zugspannung des Walzguts
eingestellt wird. Dadurch werden Zugfehler des Walzguts, welche
beim Einbringen des Walzguts in wenigstens ein Walzgerüst entstehen
können,
behoben. Als Stellmittel zur Beeinflussung der Zugspannung des Walzguts
kann ein Walzgerüst
angesehen werden, oder auch eine zur Einstellung der Zugspan nung
des Walzguts vorgesehene Rolle. Für eine mehrgerüstige Walzstraße ist es insbesondere
vorteilhaft, wenn das Walzwerk ein erstes und ein dem ersten nachgeordnetes
zweites Walzgerüst
aufweist, in welche das Walzgut nacheinander eingebracht wird, wobei
zwischen dem ersten und dem zweiten Walzgerüst eine Einrichtung zur Messung
eines Walzgutzugs vorgesehen ist, wobei die Steuereinrichtung bei
und/oder nach Eintritt des Walzguts in den Walzspalt des zweiten
Walzgerüsts das
erste und/oder das zweite Walzgerüst derart ansteuert, dass eine
vorgesehene Zugspannung für das
Walzgut eingestellt wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung steuert
die Steuereinrichtung Stellmittel zur Beeinflussung einer Zugspannung
des Walzguts derart an, dass mittels durch ein Walzmodell vorausberechneter
Stellgrößen eine
für das
Walzgut vorgesehene Zugspannung eingehalten wird. Eine Vorausberechnung
erlaubt es, dass ein Zugspannungsfehler des Walzguts bereits vor
dessen Entstehung erkannt wird, und dass die Stellmittel durch die Steuereinrichtung
derart angesteuert werden, dass ein Zugfehler für das Walzgut nicht auftritt,
sondern eine vorgesehene Zugspannung für das Walzgut aufrechterhalten
wird. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Steuereinrichtung
mittels durch ein Walzmodell vorausberechneter Stellgrößen das
erste und/oder das zweite Walzgerüst derart ansteuert, dass eine
Abweichung einer Zugspannung eines Walzguts von einer vorgesehenen
Zugspannung für das
Walzgut vermieden wird.
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Die
Aufgabe wird in korrespondierender Weise gelöst durch eine Steuereinrichtung
für ein
Walzwerk, welche einen maschinenlesbaren Programmcode aufweist,
der Steuerbefehle umfasst, die die Steuereinrichtung zur Durchführung des
Betriebsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 veranlassen.
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Der
vorrichtungsmäßige Teil
der Aufgabe wird gelöst
durch ein Walzwerk zum Walzen eines Walzgutes, insbesondere eines
Metallbandes, wobei das Walzwerk ein Walzgerüst mit Arbeitswalzen und eine
Steuereinrichtung aufweist, wobei das Walzgut einen Walzgutkopf
aufweist und mit einer Walzgutkopfgeschwindigkeit auf das Walzgerüst zubewegbar ist,
wobei die Arbeitswalzen einen Walzspalt bilden, wobei das Walzgerüst von der
Steuereinrichtung derart ansteuerbar ist, dass vor Eintritt des
Walzgutkopfes in den Walzspalt die Arbeitswalzen mit einer Umfangsgeschwindigkeit
gedreht werden, welche im Wesentlichen gleich der Walzgutkopfgeschwindigkeit ist,
dass vor Eintritt des Walzgutkopfes in den Walzspalt der Walzspalt
in vertikaler Richtung auf im Wesentlichen eine einlaufseitige Walzgutdicke
eingestellt ist, und dass bei oder nach Eintritt des Walzgutkopfes
in den Walzspalt dieser auf einen vorbestimmten Wert geschlossen
und im Wesentlichen gleichzeitig mit Schließen des Walzspalts die Umfangsgeschwindigkeit
der Arbeitswalzen in Abhängigkeit
vom Walzspalt geändert,
insbesondere erhöht,
wird. Durch ein derartiges Walzwerk wird die Lebensdauer der Arbeitswalzen
erhöht
und die Produktivität
eines Walzwerks gesteigert.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Walzwerks
ist einlaufseitig und/oder auslaufseitig vor und/oder nach dem Walzgerüst die Zugspannung
des Walzguts mittels einer Einrichtung zur Messung der Zugspannung
messbar, wobei durch die Steuereinrichtung Stellmittel zur Beeinflussung
des Walzgutzugs derart ansteuerbar sind, dass in Abhängigkeit
der gemessenen Zugspannung eine vorgesehene Zugspannung des Walzguts
eingestellt wird. Dadurch ist möglich,
Zugfehler in der Zugspannung des Walzguts zu beheben. Für eine mehrgerüstige Walzstraße ist es
insbesondere vorteilhaft, wenn das Walzwerk ein erstes und ein dem
ersten nachgeordnetes zweites Walzgerüst aufweist, in welche das
Walzgut nacheinander einbringbar ist, wobei zwischen dem ersten
und dem zweiten Walzgerüst
eine Einrichtung zur Messung eines Walzgutzugs vorgesehen ist, wobei
mittels der Steuereinrichtung bei und/oder nach Eintritt des Walzguts
in den Walzspalt des zweiten Walzgerüsts das erste und/oder das
zweite Walzgerüst
derart ansteuerbar ist, dass eine vorgesehene Zugspannung für das Walzgut
eingestellt wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind durch
die Steuereinrichtung Stellmittel zur Beeinflussung des Walzgutzugs
derart ansteuerbar, dass mittels durch ein Walzmodell vorausberechneter
Stellgrößen eine
für das
Walzgut vorgesehene Zugspannung eingehalten wird. Durch die Nutzung
vorausberechneter Stellgrößen können zu erwartende,
noch nicht eingetretene Zugfehler für das Walzgut gehandhabt werden
und die Zugspannung mittels der Stellmittel bereits vor dem Auftreten des
Zugfehlers derart ausgesteuert werden, dass ein Zugfehler nicht
oder nur in verminderter Form auftritt.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel,
welches anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Ausschnitts eines Walzwerks mit einem
auf ein Walzgerüst
zulaufenden Band,
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2 eine
schematische Ansicht eines Ausschnitts eines Walzwerks mit einem
in ein Walzgerüst eingebrachtes
Band,
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3 ein
Flussdiagramm zur Darstellung eines beispielhaften Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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4 einen
zeitlichen Walzkraftverlauf für ein
erstes Walzgerüst
beim Einfädeln
von Walzgut in das Walzgerüst,
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5 einen
zum in 4 dargestellten Walzkraftverlauf zugehörigen Verlauf
der Umlaufgeschwindigkeit der Arbeitswalzen des ersten Walzgerüsts,
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6 einen
zeitlichen Walzkraftverlauf für ein
zweites, dem ersten direkt nachfolgenden Walzgerüst beim Einfädeln von
Walzgut in das Walzgerüst,
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7 einen
zum in 6 dargestellten Walzkraftverlauf zugehörigen Verlauf
der Umlaufgeschwindigkeit der Arbeitswalzen für das zweite Walzgerüst.
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1 zeigt
eine schematische Ansicht eines Walzwerks 1 mit einer Walzguttransporteinrichtung 8 und
einem Walzgerüst 2.
Das Walzgerüst 2 weist
einen Satz Arbeitswalzen 5 und einen Satz nicht bezeichneter
Stützwalzen
auf. Eine Steuereinrichtung 6 ist mit dem Walzgerüst 2 wirkverbunden,
so dass diese die Funktion des Walzgerüsts 2 steuern kann.
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Zur
Durchführung
eines erfindungsgemäßen Einbringens
von Walzgut, hier Metallband 3, in ein Walzgerüst 2 eines
Walzwerks 1 ist in der Steuereinrichtung 6 ein
in 1 schematisch dargestellter maschinenlesbarer
Programmcode 21 zur automatischen Durchführung eines
Verfahrens hinterlegt.
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Der
Programmcode 21 kann in einer Steuereinrichtung 6 permanent
oder temporär
hinterlegt sein. Bspw. wird – wie
in 1 – der
maschinenlesbare Programmcode 21 mittels eines Datenträgers 20 der
Steuereinrichtung 6 einmalig oder mehrmalig bereitgestellt.
Nach Zuführung
des maschinenlesbaren Programmcodes 21 an die Steuereinrichtung 6 kann
die Steuereinrichtung 6 das erfindungsgemäße Verfahren
zum Einbringen eines Metallbandes 3 in ein Walzgerüst 2 durchführen, wenn
der maschinenlesbare Programmcode 21 ausgeführt wird.
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1 zeigt
ferner eine einlaufseitige und eine auslaufseitige Walzguttransporteinrichtung 8 vor bzw.
nach dem Walzgerüst 2.
Auf der einlaufseitigen Walzguttransporteinrichtung 8 ist ein
Metallband 3 mit einem Bandkopf 4, welcher eine
Dicke Dw aufweist, angeordnet. Das Metallband 3 bzw. der
Bandkopf 4 bewegt sich mit einer Bandkopfgeschwindigkeit
Ve auf das Walzgerüst 2 zu.
In 1 hat das Metallband 3 einen von den
Arbeitswalzen 5 gebildeten Walzspalt G noch nicht erreicht,
d. h. befindet sich nur vor Eintritt in den Walzspalt G.
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Der
Steuereinrichtung 6 werden die Bandkopfdicke Dw, welche
bspw. aus einer Banddickenmessung ermittelt wurde, und die Bandkopfgeschwindigkeit
Ve, welche bspw. mittels Geschwindigkeitssensoren erfasst wurde,
zugeführt.
Ferner wird der Steuereinrichtung 6 die auslaufseitige
Soll-Dicke SDa, des Metallbandes 3 zugeführt. Die
auslaufseitige Soll-Dicke SDa des Metallbandes 3 kann bspw. durch
ein Walzmodell berechnet werden oder geeignet gewählt werden.
Darüber
hinaus werden der Steuereinrichtung 6 weitere Walzparameter
P zugeführt,
welche zur Herstellung eines gewünschten Endprodukts
unter den gegebenen Walzbedingungen von Bedeutung sind.
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Um
ein automatisches Einfädeln
des Metallbandes in das Walzgerüst
zu ermöglichen,
ohne dabei Schäden
an wenigstens einer der Mantelflächen der
Arbeitswalzen 5 zu erzeugen, wird das Walzgerüst 2 derart
angesteuert, dass die Arbeitswalzen 5 vor Eintreffen des
Metallbandes 3 im Walzspalt G sich mit einer Umlaufgeschwindigkeit
Vu drehen, die im Wesentlichen gleich ist der einlaufseitigen Bandkopfgeschwindigkeit
Ve. Darüber
hinaus wird der Walzspalt G des Walzgerüsts 2 im Wesentlichen durch
die Steuereinrichtung 6 so eingestellt, dass die vertikale Öffnung des
Walzspalts G im Wesentlichen der Bandkopfdicke Dw des einlaufenden
Bandkopfs 4 entspricht. Es gilt also vor Eintreffen des
Metallbandes 3 im Walzspalt, jedoch spätestens bei Eintreffen des
Metallbandes im Walzspalt: Dw ≅ G.
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Ein
Walzgut bzw. Metallband tritt dann in den Walzspalt eines Walzgerüsts ein,
wenn der Walzgutkopf bzw. Bandkopf die von den Längsachsen der beiden Arbeitswalzen
des Walzgerüsts
aufgespannte Ebene durchstößt.
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2 zeigt
einen schematisch dargestellten Ausschnitt eines Walzwerks 1,
nachdem ein Metallband 3 in das Walzgerüst 2 eingefädelt wurde.
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Ein
Walzspalt G des Walzgerüsts 2 ist
in 2 auf einen vorausberechneten Wert geschlossen,
so dass eine gewünschte
auslaufseitige Dicke Da des Metallbandes 3 eingestellt
ist. Die ursprüngliche
Anordnung der Arbeitswalzen 5 aus 1 ist in 2 gestrichelt
angedeutet. 2 zeigt das Walzwerk 1 zu
einem Zeitpunkt deutlich nach Abschluss des Einfädelvorgangs am Walzgerüst 2.
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Beim
Einfädeln
des Metallbandes 3 in das Walzgerüst 2 wird der Walzspalt
G aus 1 vorzugsweise bei bzw. mit, alternativ nach Eintreffen
des Bandkopfes 4 aus 1 geschlossen.
Im Wesentlichen gleichzeitig mit Schließen des Walzspaltes G auf einen
vorgegebenen Wert, so dass eine auslaufseitige Soll-Dicke SDa des
Metallbandes 3 erreicht wird, wird die Umlaufgeschwindigkeit
Vu2 der Arbeitswalzen 5 abgestimmt auf die auslaufseitige Bandgeschwindigkeit
Va des Metallbandes 3 bzw. abgestimmt auf die auslaufseitige
Banddicke Da des Metallbandes 3 bzw. abgestimmt auf die
aktuelle Öffnung
des Walzspaltes G geändert.
Im Wesentlichen mit Erreichen der auslaufseitigen Soll-Dicke SDa
des Metallbandes 3 ist die Umlaufgeschwindigkeit Vu2 der
Arbeitswalzen 5 im Wesentlichen gleich der auslaufseitigen
Bandgeschwindigkeit Va. Die für
das Walzgerüst 2 auslaufseitige
Bandgeschwindigkeit Va ist ebenfalls die einlaufseitige Bandgeschwindigkeit Ve' für das nächste, dem
Walzgerüst 2 nachfolgende Walzgerüst 2'.
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Die
Umlaufgeschwindigkeit Vu2 der Arbeitswalzen 5 nach dem
Einfädeln
in das Walzgerüst 2 ist in
der Regel betragsmäßig höher als
die Umlaufgeschwindigkeit Vu2 der Arbeitswalzen kurz vor Eintritt des
Bandkopfes 4 in den Walzspalt G aus 1.
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Jedenfalls
ist die Umlaufgeschwindigkeit der Arbeitswalzen nach Abschluss des
Einfädelns
von Walzgut an einem Walzgerüst relativ
zu der dann vorliegenden Einlaufgeschwindigkeit des Metallbands verglichen
mit der Umlaufgeschwindigkeit kurz vor Eintritt des Walzgutkopfes
in den Walzspalt relativ zur zu diesem Zeitpunkt vorliegenden Walzgutkopfgeschwindigkeit
erhöht.
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Das
Einbringen des Metallbandes 3 in das Walzgerüst 2' findet analog
statt wie das Einbringen des Metallbandes 3 in das Walzgerüst 2.
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Durch
ein derartiges Einfädelverfahren
werden deutlich weniger Durchsatzeinbußen und geringere Verluste
von Metallband 3 ermöglicht,
als bei herkömmlichen
Verfahren und gleichzeitig die Arbeitswalzen 5 bzw. 5' vor Beschädigungen
durch das einlaufende Metallband 3 geschützt.
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Die
Erhöhung
einer am Walzwerk 2 auf das Metallband 3 ausgeübten Walzkraft
Fw2 bei Eintreffen des Metallbands 3 im Walzspalt G der 1 ist
in 4 qualitativ dargestellt. Der zugehörige qualitative
Verlauf der im Wesentlichen synchron stattfindenden Erhöhung der
Umlaufgeschwindigkeit Vu2 der Arbeitswalzen 5 des Walzgerüsts 2 ist
in 5 dargestellt.
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In 2 ist
der Walzvorgang des Metallbandes 3 bereits soweit fortgeschritten,
dass das Metallband auch in ein zweites, dem Walzgerüst 2 als nächstes nachfolgenden
Walzgerüst 2' eingefädelt ist.
Sobald das Walzgerüst 2' als Treiber
auf das Metallband 3 wirkt, wird die Bandzugregelung der
Steuereinrichtung 6 aktiviert bzw. freigeschaltet. Mittels einer
Messrolle 9 wird vorzugsweise ab dem Zeitpunkt, bei welchem
Walzgerüst 2' beginnt als
Treiber auf das Metallband 3 zu wirken, die Zugspannung des
Metallbandes 3 erfasst.
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Durch
den Eintritt des Metallbands 3 in den Walzspalt G' des Walzgerüsts 2' bzw. mit Beginn
der Dickenreduktion des Metallbands 3 im Walzgerüst 2' kann es zu
Bandzugfehlern aufgrund der Gegebenheiten von Materialfluss und
Ansteuerung der Walzgerüste 2, 2' kommen. Diese
sind unerwünscht
und können
mit einer Bandzugregelung vermieden oder behoben werden.
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Der
Bandzug des Metallbands 3 kann mittels geeigneter Stellmittel 7 eingestellt
werden. Stellmittel 7 können
die Walzgerüste 2 bzw. 2' selbst sein,
wobei die Umlaufgeschwindigkeit der Arbeitswalzen 5 bzw. 5' und/oder die
Anstellkraft als Stellgröße zur Einstellung
des Bandzuges verwendet wird. Auch können zusätzliche, jegliche dem Fachmann
bekannte Stellmittel zur Einstellung der Zugspannung von Metallband 3 verwendet
werden, bspw. dafür
geeignete, ansteuerbare Rollen 9.
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Durch
eine Bandzugregelung kann ein Zugspannungsfehler einerseits nach
Auftreten behoben werden oder andererseits von vornherein, durch
Vorausberechnung, vermieden werden. Die Vorausberechnung wird etwa
durch Verwendung eines Walzmodells ermöglicht. Derartige Walzmodelle
sind beispielsweise bekannt aus dem Fachaufsatz mit dem Titel „Adaptive
Rolling Model for a Cold Strip Tandem Mill" von Kurz et al., veröffentlicht
auf der AISE in Pittsburgh 2001. Auch ist eine Vielzahl anderer
Quellen für
nutzbare Walzmodelle zur Vorausberechung eines Zugfehlers sowie
zur Vorausberechnung einer auslaufseitigen Soll-Dicke SDa eines
Metallbandes 3 verfügbar.
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Ein
bereits aufgetretener und durch die Messrolle 9 erfasster
Zugfehler wird durch Ansteuerung von Stellmitteln 7 zur
Beeinflussung der Zugspannung, wie etwa wenigstens ein Walzgerüst 2 bzw. 2', zwischen denen
der Zugfehler auftritt, oder andere geeignete Stellmittel, etwa
einem nicht dargestellten Schlingenheber, behoben.
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Das
in 3 gezeigte Flussdiagramm zeigt eine beispielhafte
Ausführungsform
zur Durchführung
des Verfahrens zum Einbringen von Walzgut in ein Walzgerüst eines
Walzwerks. Das Flussdiagramm setzt voraus, dass ein Metallband auf
ein erstes Walzgerüst
eines Walzwerks zuläuft
und in das Walzgerüst
eingefädelt
werden soll, wobei dem ersten Walzgerüst ein zweites Walzgerüst nachgeordnet ist.
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In
einem ersten Verfahrensschritt S1 wird vor Eintritt des Bandkopfes
in das erste Walzgerüst
die Bandkopfgeschwindigkeit des Bandkopfes des Metallbands erfasst
und der Steuereinrichtung zugeführt.
Die Bandkopfgeschwindigkeit kann bspw. durch Informationen von das
Metallband antreibenden Treiberrollen oder durch Messung erfasst
werden. Mittels dieser Information steuert die Steuereinrichtung
die Arbeitswalzen in einem Verfahrensschritt S3 derart an, dass
diese sich mit einer Umlaufgeschwindigkeit drehen, die im Wesentlichen
gleich ist der Bandgeschwindigkeit des in den Walzspalt eintretenden
Metallbands. Ebenfalls vor Eintritt des Bandkopfes bzw. des Bandanfangs
in den Walzspalt des ersten Walzgerüsts wird in einem Verfahrensschritt
S2 die Bandkopfdicke des auf das erste Walzgerüst zulaufenden Bandkopfes erfasst
und der Steuereinrichtung zugeführt.
Anhand der zugeführten
Bandkopfdicke steuert die Steuereinrichtung das Walzgerüst in einem
Verfahrensschritt S4 derart an, dass die Öffnung des Walzspalts in vertikaler
Richtung im Wesentlichen gleich ist der Bandkopfdicke des in das
Walzgerüst
einlaufenden Bandkopfes.
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In
einem nächsten
Verfahrensschritt S5 wird geprüft,
ob der Bandkopf bereits in den Walzspalt eingetreten ist, etwa mit
einer Bandkopfverfolgung. Hat der Bandkopf den Walzspalt des Walzgerüsts noch nicht
erreicht, so kann ggf. eine weitere Schleife, d. h. Aktualisierung
der Bandkopfgeschwindigkeit und der Bandkopfdicke, durchlaufen werden
und das Walzgerüst
zur Einstellung der Umlaufgeschwindigkeit und des Walzspalts entsprechend
durch die Steuereinrichtung angesteuert werden.
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Ist
der Bandkopf in den Walzspalt eingetreten, so wird der Walzspalt
in einem Verfahrensschritt S6 belastet, d. h. die auf das Metallband
wirkende Walzkraft wird bspw. ausgehend von der Kraft Null hochgefahren.
Anfänglich
ist die Walzkraft noch so gering, dass keine Dickenabnahme des Metallbands stattfindet.
Das Walzgerüst
wirkt in diesem Fall als Treiber. Überschreitet die Walzkraft
eine Schwellwalzkraft, so setzt eine Dickenreduktion des Metallbands
ein. Im Wesentlichen mit Einsetzen einer Dickenreduktion des Metallbands
wird die Um fangsgeschwindigkeit der Arbeitswalzen in Abhängigkeit
von der Dickenreduktion des Metallbands in einem Verfahrensschritt
S7 geändert.
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Solange
der Walzspalt noch nicht auf den bspw. durch ein Walzmodell vorgegebenen
Wert eingestellt ist, – dies
wird in einem Verfahrensschritt S8 geprüft –, wird die Walzkraft auf das
Metallband gemäß Verfahrensschritt
S6 weiter erhöht.
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Die
Erhöhung
der Umlaufgeschwindigkeit erfolgt derart, dass das Produkt aus auslaufseitiger Banddicke
bzw. aktueller Walzspaltöffnung
und Umlaufgeschwindigkeit der Arbeitswalze zu jedem Zeitpunkt im
Wesentlichen stets dieselbe Konstante ist. Mit Erreichen des vorgegebenen
Werts des Walzspalts wird auch eine dann im Wesentlichen konstant zu
haltende Soll-Umfangsgeschwindigkeit
der Arbeitswalzen erreicht. Das Erreichen der Soll-Umlaufgeschwindigkeit
bzw. des vorgegebenen Walzspaltwertes wird im Verfahrensschritt
S8 festgestellt.
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Kommt
es beim Einfädelvorgang
zu einer unerwünschten
Abweichung vom Verlauf der Umlaufgeschwindigkeit relativ zum Verlauf
der Walzkraft, so ergibt sich in der Regel ein Fehler in der Zugspannung des
Metallbands.
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Für den Verlauf
der Walzkraft und den Verlauf der Umlaufgeschwindigkeit in dem Zeitabschnitt, in
welchem der Walzspalt auf den Sollwert geschlossen wird, können beliebige
Vorgaben gemacht werden. Beispielsweise kann vorgesehen werden,
die Umlaufgeschwindigkeit linear zu erhöhen und damit eine lineare
Dickenreduktion vorzusehen, was zu einem nichtlinearen Kraft-Zeit-Verlauf führt. Alternativ kann
ein linearer Kraftverlauf vorgegeben werden. Als Folge ergibt sich
dann eine nichtlineare Dickenabnahme mit linear ansteigender Walzkraft
und daraus resultierend eine nichtlineare, gegenläufige Erhöhung der
Umfangsgeschwindigkeit.
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Zeitlich
parallel zur Änderung
der Walzkraft und der Umlaufgeschwindigkeit beim Einfädeln wird in
einem Verfahrens schritt S9 die Zugspannung des Metallbands gemessen.
Hierzu wird bspw. eine Messrolle genutzt.
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In
einem Verfahrensschritt S10 wird geprüft, ob eine Abweichung der
gemessenen Zugspannung von der gewünschten Zugspannung vorliegt.
Liegt keine Abweichung vor, so wird in einem nächsten Verfahrensschritt S12
geprüft,
ob der Einfädelvorgang
beendet ist. Der Einfädelvorgang
ist für
das jeweilige Walzgerüst
dann beendet, wenn die Sollwerte für Walzkraft bzw. für die auslaufseitige
Dicke des Walzguts bzw. für
den vorgegebenen Wert des Walzspalts und Umlaufgeschwindigkeit der
Arbeitswalzen für
das jeweilige Walzgerüst
erreicht sind. Wird im Verfahrensschritt S12 festgestellt, dass
der Einfädelvorgang
noch nicht beendet ist, so wird eine erneute Messung der Zugspannung
des Metallbands mit anschließender
Prüfung
durchgeführt.
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Wird
im Verfahrensschritt S10 festgestellt, dass die Zugspannung von
der vorgesehenen Zugspannung für
das Metallband abweicht, so wird in einem Verfahrensschritt S11
mittels eines Stellmittels zur Beeinflussung der Zugspannung, welches
bspw. als Schlingenheber und/oder Walzgerüst ausgebildet sein kann, die
Zugspannung des Metallbandes wieder auf die vorgesehene Zugspannung
eingestellt. Dies erfolgt in der Regel in mehreren Schritten. Die Zugspannung
wird mittels sukzessiver Messung der Zugspannung und Vergleich mit
der vorgesehenen Zugspannung auf die vorgesehene Zugspannung geregelt.
Alternativ kann eine Vorausberechnung genutzt werden, um Zugfehler
durch entsprechendes Ansteuern der Stellmittel zur Beeinflussung
der Zugspannung vollständig
zu vermeiden.
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4 bzw. 5 zeigen
den Walzkraftverlauf über
der Zeit bzw. einen Verlauf der Umlaufgeschwindigkeit der Arbeitswalzen über der
Zeit für
ein Walzgerüst 2 aus 1 bzw. 2 während des
Einbringens des Metallbandes in das Walzgerüst.
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Kurz
vor dem Zeitpunkt t0 trifft der Bandkopf des
Metallbands im Walzspalt des Walzgerüsts ein. Die Umlaufgeschwindigkeit der
Arbeitswalzen und der Walzspalt sind zu diesem Zeitpunkt bereits
erfindungsgemäß, etwa
ausgehend von einer höheren oder
niedrigeren Umlaufgeschwindigkeit auf die Bandkopfgeschwindigkeit,
eingestellt.
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Der
Walzspalt wird nun mittels der Steuereinrichtung geschlossen und
es wird eine linear ansteigende Walzkraft Fw2 auf das zwischen den
Arbeitswalzen angeordnete Metallband ausgeübt. Bis zum Zeitpunkt t1 erfolgt
keine Dickenreduktion des Metallbands, d. h. die Arbeitswalzen des
Walzgerüsts
wirken lediglich als Treiberrollen. Die Arbeitswalzen laufen also
noch immer mit einer Umlaufgeschwindigkeit, die im Wesentlichen
gleich der Bandkopfgeschwindigkeit ist.
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Ab
dem Zeitpunkt t1 setzt eine Dickenreduktion des Metallbandes ein,
d. h. die Öffnung
des Walzspalts wird in vertikaler Richtung verringert. Gleichzeitig
wird die Umlaufgeschwindigkeit der Arbeitswalzen erhöht. Aufgrund
der linearen Kraftbeaufschlagung des Metallbands, dargestellt in 4, erfolgt
die Dickenreduktion nichtlinear. Dementsprechend erfolgt gemäß 5 auch
der Anstieg der Umlaufgeschwindigkeit der Arbeitswalzen des Walzgerüsts nichtlinear.
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Die
Fahrweise des Walzgerüsts
kann auch umgekehrt gestaltet werden, d. h. die Dickenreduktion
bzw. der Umlaufgeschwindigkeitsanstieg erfolgt linear. Dementsprechend
ist das Metallband mit einer nichtlinearen Kraft zu beaufschlagen.
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Jedoch
wird in beiden Fällen
die Umlaufgeschwindigkeit der Arbeitswalzen in Abhängigkeit
von der auslaufseitigen Dicke des Walzguts geändert.
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Mit
Erreichen der Soll-Dicke des aus dem Walzgerüst auslaufenden Metallbands
zum Zeitpunkt t2, welche anschließend auf einen konstanten Wert geregelt
wird, wird im Wesentlichen auch ein auf die Soll-Dicke des Metallbands
abgestimmter Umlaufgeschwindigkeitswert erreicht, der dann ebenfalls
im Wesentlichen konstant gehalten wird.
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Die
in 4 und 5 dargestellten Verläufe sind
idealisiert. Abweichungen von den qualitativen Verläufen aufgrund
von Zugfehlern, welche bspw. eine Verringerung der Einlaufgeschwindigkeit des
Walzguts in ein erstes Walzgerüst
bedingen, sind hier nicht berücksichtigt.
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6 und 7 zeigen
analog den zeitlichen Walzkraftverlauf bzw. den zeitlichen Verlauf
der Umlaufgeschwindigkeiten der Arbeitswalzen für das zweite Walzgerüst 2' aus 2.
Hier findet sich ein analoges Vorgehen zum Einfädeln des Metallbandes in das
Walzgerüst 2 aus 2,
wobei das Metallband beim Einfädeln
in das Walzgerüst 2' zumindest teilweise
das erste Walzgerüst 2 aus 1 bzw. 2 durchlaufen
hat.
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Vom
Zeitpunkt t2, bei welchem die Soll-Dicke des Metallbands im Walzgerüst 2 eingestellt
ist, läuft das
Metallband in der Regel noch eine Dauer Δt, bis die Arbeitswalzen des
Walzgerüsts 2' aus 2 das Metallband
mit einer Kraft beaufschlagen.
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Trifft
das Metallband kurz vor dem Zeitpunkt t2 + Δt im Walzspalt des Walzgerüsts 2' aus 2 ein,
so ist der Walzspalt entsprechend der Bandkopfdicke des auf das
Walzgerüst
zulaufenden Metallbandes eingestellt. Die Arbeitswalzen werden derart gedreht,
dass sie eine Umlaufgeschwindigkeit aufweisen, die gleich der Bandkopfgeschwindigkeit
des einlaufenden Metallbandes ist. Der Einstellvorgang der Umlaufgeschwindigkeit
der Arbeitswalzen auf die Bandkopfgeschwindigkeit ist durch gestrichelte
Linien für
unterschiedliche Ausgangs-Umlaufgeschwindigkeiten
der Arbeitwalzen in 5 und 6 dargestellt.
Die Bandkopfgeschwindigkeit des Metallbandes ist vor dem Walzgerüst 2' aus 2 in
der Regel betragsmäßig höher als
die Bandkopfgeschwindigkeit des Metallbandes vor dem Walzgerüst 2 aus 2.
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Mit
Eintritt des Bandkopfes in den Walzspalt des Walzgerüsts 2' aus 2 wird
der Walzspalt geschlossen und ab dem Zeitpunkt t2 + Δt wird eine zeitlich
linear ansteigende Walzkraft Fw2' auf
das Metallband ausgeübt.
Bis zu einem Zeitpunkt t3 führt die
auf das Metallband ausgeübte
Walzkraft Fw2' zu keinem
wesentlichen Materialfluss des Metallbands. Bis zu diesem Zeitpunkt
t3 ist daher die Umlaufgeschwindigkeit der Arbeitswalzen des Walzgerüsts 2' aus 2 gleich
der Bandkopfgeschwindigkeit des einlaufenden Bandes. Ab Zeitpunkt
t3, bei dem eine plastische Verformung des Metallbands einsetzt,
wird die Umfangsgeschwindigkeit der Arbeitswalze entsprechend der
auslaufseitigen Dicke des Metallbands geändert. Sobald eine im Wesentlichen
konstante auslaufseitige Banddicke erreicht ist, d. h. in der Regel
die Soll-Dicke des auslaufseitigen Metallbands, ist auch die Umlaufgeschwindigkeit
der Arbeitswalzen im Wesentlichen konstant. Dies ist zum Zeitpunkt
t4 gegeben.
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Der
Effekt, dass bei Beginn der plastischen Verformung die Einlaufgeschwindigkeit
des Bandes in das Walzgerüst
reduziert wird und es dadurch zu Zugspannungsfehlern kommt, da die
auslaufseitige Bandgeschwindigkeit des vorhergehenden Walzgerüsts 2 aus 2 höher ist,
als die einlaufseitige Bandgeschwindigkeit in das Walzgerüst 2' sobald die plastische
Verformung beginnt, ist in den schematischen Diagrammen nicht berücksichtigt.
Die Behebung bzw. Vermeidung derartiger Zugspannungsfehler wird
durch eine Bandzugregelung erreicht, wobei sich diese u. a. auf
die Umlaufgeschwindigkeiten der Arbeitswalzen des ersten und zweiten
Walzgerüsts 2 bzw. 2' aus 2 auswirken
kann.