DE2848727A1 - Verfahren zur steuerung der gestalt von walzblech - Google Patents

Description

MIi-390 (F-10 82)
ΙΑ-2()4 3 9. November 1978

MITSUlUSill DUNKl KABUSHIKl KAISHA, Tokyo , Japan

Verfahren zur Steuerung der Gestalt von Walzblech

Zusammenfassung

Der Vorwärtsschlupf und der Rückwärtsschlupf am ersten Ständer eines Walzwerks hängen ab von dem Zug, der Rückwärtsspannung und der Vorwärtsspannung und der Gestalt des Bleches (bei einem Walzwerk vom Tandemtyp). Bs ist daher schwierig, die Gestalt des Bleches allein dadurch zu steuern, daß man die Spannungsverteilung zivischen dem letzten Ständer und der Aufwickelmaschine feststellt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Gestalt von Walzblech dadurch gesteuert, daß man Gestaltmeßgeräte zwischen der Entrollmaschine und dem ersten Ständer und zwischen dem letzten Ständer und der Aufwickelmaschine vorsieht, so daß die Gestaltsteuerung durch ein einfaches System erfolgen kann.

Die Spannungsverteilungen, welche von den beiden Gestaltmeßgeräten ermittelt werden, sind Funktionen des Vorwärtsschlupfes und des Rückwärtsschlupfes. Daher müssen die Vorwärtssclil upfwerte und Rückwärtsschlupfwerte der anderen Ständer, mit Ausnahme des ersten und letzten Ständern, nicht berücksichtigt werden, wenn man die Spannungsverteilung zwischen der üntrollmaschine und dem ersten Ständer und zwischen dem letzten Ständer und der Aufwickelmaschine

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ff

feststellt und die Summen dieser Spannungsverteilungen bildet. Diese Summen müssen ein gewünschtes Muster ergeben. Die Cesta1tsteuerung wird dadurch vorgenommen, daß man die beiden Gestaltmeßgeräte auf der Eingabeseite des ersten Ständers und auf der Ausgangsseite des letzten Ständern anordnet und die Walzenbiegekraft und/oder das Walzenkühlmittel bei jedem Ständer steuert, so daß die Summe das gewünschte Muster ergibt.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Gestalt von Streckstahl oder Walzenblech bei einem Walzwerk oder Streckwerk vom Tandemtyp.

Gewöhnlich werden Walzbleche und insbesondere dünne Bleche durch Walzen in einem Walzwerk oder einer Walzenmühle unter Verwendung von Walzwerkswalzen hergestellt. Bei diesem Verfahren wird das Blech gewalzt, so daß es sich in Längsrichtung dehnt und ein dünneres Blech gebildet wird. Die Dehnung hängt ab vom Zugverhältnis ((Blechdicke an der Eingangsseite - Blechdicke an der Ausgangsseite)/(Blechdicke an der Eingangsseite)"). Die Verteilung der Dehnung in Querrichtung hängt ab von der Verteilung der Blechdicke auf der Eingangsseite in Querrichtung und von der Verteilung der Blechdicke nach dem Walzen.

Die Verteilung der Blechdicke nach dem Walzen wird beeinflußt durch die Deformation der Walze:

(1) die elastische Deformation der Walzwerkswalzen;

(2) die thermische Expansion der Walzwerkswalzen aufgrund einer Wärmeleitung von dem gewalzten Blech auf die Walzwerkswalzen und

(3) die Abnutzung der Walzwerkswalzen aufgrund von Reibungskräften zwischen dem gewalzten Blech und den Walzwerkswalzen.

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Die Verteilung der Dehnung in Querrichtung steht in Zusammenhang mit der Dehnung des Walzblechs in Längsrichtung. Dabei kommt es zu einer Verteilung (in Querrichtung) der in Längsrichtung wirkenden Druckspannungen und Zugspannungen. Wenn die Spannungen einen bestimmten Grenzwert übersteigen, so kommt es zu einer Deformation des Walzblechs und zu einer Aufwölbung desselben, d. h. zu einem Formdefekt.

Fig. 1 zeigt die Beziehung zwischen der Verteilung der Blechdicke nach dem Walzen und dem Gestaltdefekt oder Formdefekt des Walzblechs aufgrund einer Verteilung der Blechdicke (wobei die Blechdicke an der liingangsseite konstant ist) .

Fig. 1a zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Walzbleches mit einem Formdefekt oder Gestaltdefekt. Fig.1b zeigt einen Schnitt des Walzblechs in Querrichtung. Fig.1c zeigt die Spannungsverteilung des Walzblechs in Querrichtung. Fig. 1d zeigt die Verteilung der Dicke in Querrichtung.

Der Gestaltdefekt in Fig. 1A wird als Mitteldehnung oder Mittelaufbuckelung bezeichnet. Der Gestaltdefekt in Fig. 1B zeigt zwei außermittige Dehnungen und der Gestaltdefekt in Fig. 1C bildet eine gewellte Kante. Gestaltdefekte dieser Art führen bei der nachfolgenden Verarbeitung des Walzblechs zu einer Verschlechterung der Bearbeitungsqualität und zu einer Störung der Verarbeitungsmaschinen.

Bisher hat man zur Verhinderung solcher Formdefekte von Walzblech die Walzenbiegekraft beim letzten Ständer gesteuert. Bei dem herkömmlichen Verfahren zur Steuerung der Blechform wurde es bisher als optimal angesehen, beim letzten Ständer eine gleichförmig verteilte Frontzugspannung vorzusehen. Bei einem Walzwerk vom Tandemtyp ist jedoch die Zugverteilung (in Querrichtung) beim ersten Ständer nur sehr schwer gleichförmig zu gestalten, so daß die Verteilung der Geschwindigkeit an der Austrittsseite des ersten Ständers nicht gleichförmig

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. foist und eine bestimmte Verteilung in Querrichtung vorhanden ist. Der Rückwärtsschlupf am ersten Ständer ist in Querrichtung nicht gleichförmig (ohne Berücksichtigung der rückwärtigen Spannung am ersten Ständer).Der Rückwärtsschlupf variiert je nach der Gestalt des Bleches und je nach der Verteilung der Blechdicke auf der fiinlaßseite des ersten Ständers.

Zur Erzielung einer gleichförmigen Verteilung des Rückwärtsschlupfes muß man eine bestimmte Spannungsverteilung zwischen der üntrol liiiuschine und dem ersten Ständer sorgen.

Hs ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile zu überwinden und ein Verfahren zur Steuerung oder Einstellung der Gestalt von Walzblech zu schaffen, sowie eine Vorrichtung zur Steuerung der Gestalt von Walzblech mit hoher Genauigkeit.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Steuerung der Gestalt von Walzblech geschaffen, bei dem man die Summen der Spannungsverteilung des Bleches zwischen der Entrollmaschine und einem ersten Ständer und der Spannungsverteilung des Bleches zwischen dem letzten Ständer und der Aufwickelmaschine (Zughaspel) ermittelt und jede Walzenbiegekraft oder jede Verteilung eines jeden Walzenkühlmittels beim letzten, ersten oder bei einem anderen Ständer derart steuert, daß man ein gewünschtes Muster der Summen der Spannungsverteilungen erhält.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

l^;ig. 1 schematische Darstellungen verschiedener Formdefekte

von Walzblechen;
Fig. 2 eine schematische Blockdarstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung der Gestalt von Walzblechen;

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■ ?·

Fig. 3 und 4 schematische Darstellungen der Gestalt von Walzblech und diesbezügliche graphische Darstellungen;

Fig. 5 ein Fließdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Ausführungsform gemäß Fig. 2 und

Fig. b und 7 Blockdiagramme weiterer Ausführungsformen der Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung mit einem Blech 1; Walzwerkwalzen 11,12 ... 1n; einer Entrol!haspel 21 und einer Zugaufwickelhaspel II. Ferner sind Steuereinrichtungen 31, 32 ... 3n vorgesehen zur Einstellung der Walzbiegekraft. Gestaltmeßgeräte oder Formmeßgeräte 41 und 42 ermitteln die Verteilung von Spannungen in Querrichtung. Ferner ist eine arithmetische Einheit 61 vorgesehen, welche die von den Meßgeräten 41, 42 ermittelten Spannungsverteilungen summiert und feststellt, ob die Summen der Spannungsverteilungen einem gewünschten Muster entspricht, z. B. einem konstanten Rückwärtsschlupf bzw. eine Differenz zwischen dem gewünschten Muster und der aktuellen Spannungsverteilung ermittelt. Ferner ist eine arithmetische Einheit 71 vorgesehen, welche die Walzenbiegekraft beim letzten Ständer oder beim ersten Ständer oder bei allen Ständern einstellt.

Die Beziehungen zwischen dem Vorwärtsschlupf, dem Rückwärtsschlupf und der Rückwärtsspannung sollen im folgenden erläutert werden. Es wird angenommen, daß ein flaches Blech vom Auslaß einer Entrollmaschine dem Walzwerk zugeführt wird, wobei die Zugverteilung am ersten Ständer eine bestimmte Verteilung in Querrichtung aufweist. Die Vorwärtsschlupfverteilung f* (x) am ersten Ständer ist durch folgende Gleichung gegeben:

f-, IxD = gC ^J (x), R₁Cx) M₁Cx)^₁D ... (D

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-jr -

: Zugverteilung in Querrichtung

₁ : Walzenradiusverteilung in Querrichtung Iii -. (χ.") : ßleckdickenverteilung an der Eingabeseite

in Querrichtung

M₁ : Reibungskoeffizient χ : Abstand von der Seitenkante des Bleches.

Wenn die Walzenradiusverteilung u.d.ßlechdickenverteilung an der h'ingabeseite konstant sind, die Zugverteilung aber nicht konstant ist, so erhält man einen Vorwärtsschlupf f₁Cx) mit einer Verteilung gemäß Gleichung (1).

Die Rückwärtsschlupfverteilung A₁Cx) am ersten Ständer ist durch folgende Beziehung gegeben:

11O₁ Cx)
λ (χ) = C1 + ^Cx) ) - 1 C2)

Blechdicke an der Austrittsseite.

Die Rückwärtsschlupfverteilung ist nicht konstant. Es kommt zu einer gewissen Rückwärtsspannung zwischen der Entrollmaschine und dem ersten Ständer. Die Rückwärtsspannung hängt ab von der Rückwärtsschlupfverteilung. Die Vorwärtsschlupfverteilung bewirkt einen Massenfluß am Einlaß und Auslaß des ersten Ständers. Wenn auf der Auslaßseite eine Blechdickenverteilung besteht, so hat die Geschwindigkeit auf der Auslaßseite des ersten Ständers eine bestimmte Verteilung.

Es reicht nicht aus, daß die Gestalt des Bleches in der Entrollmaschine gleichförmig ist. Wenn am ersten Ständer eine unterschiedliche Zugverteilung vorliegt, so kommt es zu einer bestimmten Verteilung der Spannung zwischen der Entrollmachine und dem ersten Ständer und darüber hinaus zu einer bestimmten Verteilung der Geschwindigkeit des Bleches auf der Auslaßseite des ersten Ständers.

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Λ-

Die Geschwindigkeitsverteilung des in den letzten Ständer eingeführten Bleches (in Querrichtung) hängt ab vom ersten Ständer, vom zweiten Ständer .... vom (n-T)-ten Ständer und im Hinblick auf die Gestalt des Walzblechs ist die Eingabegeschwindigkeit am letzten Ständer abhängig von der Zugverteilung am ersten Ständer. Die Blechdicke an der Auslaßseite des zweiten Ständers hängt ab von der Blechdicke an der Auslaßseite und der Ausgangsgeschwindigkeit des ersten Ständers. Die Blechdicke an der Auslaßseite des dritten Ständers hängt ab von der Blechdicke an der Auslaßseite und der Ausgabegeschwindigkeit des zweiten Ständers. Somit hängen die ßlechdicke an der Einlaßseite und die Eingabegeschwindigkeit des letzten Ständers ab vom Zug am ersten Ständer und es ist nicht erforderlich, die Zugverteilung im Bereich des zweiten bis Cn-I)-ten Ständers zu berücksichtigen.

Zur Erzielung einer gewünschten Gestalt des Walzblechs sollten die Summen der Rückspannungsverteilung am ersten Ständer und der Frontspannungsverteilung am letzten Ständer ein gewünschtes Muster aufweisen. Diese Problematik soll im folgenden anhand der Fig. 3 näher erläutert werden.

Fig. 3(B) bis CD) zeigt die Verteilungen beim Walzen mit einer einzigen Walze. Fig. 3CA) zeigt eine Querschnittsansicht des Bleches (VJ und zwar auf der linken Seite das nicht gewalzte Blech und auf der rechten Seite drei verschiedene gewalzte Bleche. Die Figuren 3CD) bis (E) zeigen graphische Darstellungen, bei denen jeweils die Spannung auf der Ordinate aufgetragen ist und die Breite des Bleches auf der Abszisse dargestellt ist. Die jeweils linke graphische Darstellung zeigt die Spannungsverteilung, welche durch das erste Gestaltmeßgerät 41 ermittelt wird. Die jeweils rechte graphische Darstellung zeigt die Spannungsverteilung welche durch das zweite Gestaltmeßgerät 42 ermittelt wird. Die Figuren betreffen die folgenden Fälle:

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l'"ig. 3(B): Spannungsverteilung bei einer flachen

Querschnittsgestalt vor und nach dem WaIzen;

l^;ig. 3(C): Spannungsverteilung bei einer flachen

Querschnittsgestalt vor dem Walzen und bei einem gewalzten Blech, bei dem die Seitenbereiche gedehnt sind;

I'ig. 3CIi): Spannungsverteilung bei einem Blech mit

flacher Querschnittsgestalt vor dem Walzen und bei einem Walzblech, bei dem der mittlere Bereich gedehnt ist.

Die Spannungsverteilungen sind jeweils ähnlich der Querschnittsgestalt falls auf der Eingabeseite ein flaches Blech vorliegt. Fig. 3CE) zeigt den Zustand, welcher mit Hilfe des Steuerverfahrens der Fig. 2 herbeigeführt werden kann. Die Walzenbiegekräfte der Walzen 11, 12 .... 1n werden derart gesteuert, daß die Summen der vom ersten Gestaltmeßgerät 41 ermittelten Spannungsverteilungen und der vom zweiten Gestaltmeßgerät 42 ermittelten Spannungsverteilungen ein gewünschtes Muster zur Erzielung einer gewünschten Gestalt Cz. B. eines flachen Bleches) haben. Bei einer Steuerung gemäß Fig. 3CE) erhält man eine flache Querschnittsgestalt.

im folgenden soll die Erfindung näher anhand der Fig. 3 F, G, H, I, J, K und I' erläutert werden. Wenn die in Fig. 3F gezeigte Spannungsverteilung in Querrichtung vorliegt, so zeigen die Gestaltmeßgeräte 41,42 die in den Fig. 3G und H gezeigten Spannungsverteilungen. Die arithmetische Einheit ermittelt die Summe der Spannungsverteilung der Figuren 3G und II. Diese ist in Fig. 31 dargestellt. Die Walze erhält die in Fig. 3J gezeigte Gestalt (übertrieben dargestellt) .

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Im folgenden sollen diese Vorgänge näher erläutert werden. Die Spannungsverteilung auf der Ausgangsseite T , welche vom Gestaltmeßgerät 42 ermittelt wird und die Spannungsverteilung auf der liingangssei te CT.), welche durch das Gestaltmeßgerät 41 ermittelt wird, können durch die nachstehenden Gleichungen dargestellt werden:

T,r(a_nx² -ι- h_ux 4 o_n)^+An-li^an-l^{x2 f b}n-. . . . + Aj(ajx² + bjx 4- C₁)Rj (IJ)

T₁-(UjX² + bjx + C])Rj 4 A₂(a₂x² 4 I)₂X 4 C₂)H₂ ι Aj_-1Ca_1-1X² ib_I.]X4c_I.])li_I.₁ (-1)

Dabei bedeuten a, b, c konstante Koeffizienten. A bedeutet Funktionsfcoeffizienten. R bedeutet die Walzenbiegekraft; χ den Abstand in Querrichtung; η die Nummer des letzten Ständers und 1 die Ständer-Nummer der 1-n Ständer.

Wie Fig. 3K zeigt, ergibt sich die Spannung für die Kalibrierung Δ T aus der Gleichung:

/IT = ^T_n + ATi

Die Walzenbiegekräfte der Ständer werden eingestellt, wodurch R in den Gleichungen (3) und C4) variiert wird.

Die Summe der von den Gestaltmeßgeräten 41 und 42 ermittelten Sjiannungsverteilungen sollte die Standardspannungsverteilung sein. Wenn die in Fig. 4Ca) gezeigte Querschnittsgestalt vorliegt, so werden die Walzenbiegekräfte derart gesteuert,

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daß die Summe der SpannungsverteiJungen, welche durch das erste und zweite Gestaltmeßgerät 4 1 und 42 ermittelt werden die in Fig. 4 Cb) gezeigte Verteilung haben, Es wird angenommen, daß die Blechdicke auf der Eingabeseite konstant ist, d. h., daß das Blech flach ist. Wenn das Blech auf der Eingabeseite nicht flach ist, so kann man auf einfache Weise neue Standardsummen der Spannungsverteilungen angeben, welche zu der gewünschtem Querschnittsgestalt führen.

Wenn das Walzblech im Querschnitt eine Gestalt hat, welche im mittleren Bereich dicker ist und nun dieses Blech in der Aufwickelhaspel (Zughaspel) 22 aufgewickelt wird, so wird der mittlere Bereich des aufgewickelten Bleches auf der Zughaspel 22 dick. Dies hat den gleichen Effekt wie die Verwendung einer Zughaspel 22 mit einem größeren Radius im mittleren Bereich und einem geringen Radius an den Enden. Demgemäß ist die Spannung im mittleren Bereich höher als an den Enden, und zwar im Normalbetrieb. In diesem Falle ist die Standardspannungsverteilung nicht flach.

Fig. 5 veranschaulicht das erfindungsgemäße Verfahren, und zwar insbesondere im Hinblick auf die Arbeitsweise der arithmetischen Einheit 61 und der arithmetischen Einheit 71 zur Einstellung der Walzenbiegekraft gemäß Fig. 2. Fig. 5 zeigt ein Fließdiagramm. Die Spannungsverteilung zwischen der Entrollmaschine und dem ersten Ständer wird durch das Gestaltmeßgerät 41 ermittelt. Die Spannungsverteilung zwischen der Zughaspel und dem letzten Ständer wird durch das Gestaltmeßgerät 42 ermittelt. Die Summen der ermittelten Spannungsverteilungen erhält man im Teil 43. Diese summierte Spannungsverteilung wird nun mit einer gewünschten Spannungsverteilung verglichen und die Differenz zwischen beiden wird im Teil 44 erhalten. Sodann erhält man in Teil 45 die Zugverteilung am letzten Ständer unter Verwendung der zuvor erhaltenen Differenz. Nun wird festgestellt, ob die errechnete Zugverteilung am letzten Ständer innerhalb des zulässi-

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gen Bereichs liegt oder nicht. Dies geschieht im Teil 4b. Wenn die Zugverteilung im zulässigen Bereich liegt, so wird eine Walzenbiegekraft des letzten Ständers im Teil 47 errechnet. Wenn die Zugverteilung außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, so wird die WalzenbiegekraCt des ersten Ständers im Teil 48 errechnet. Die Feststellung, ob die errechnete Walzenbiegekraft beim ersten Ständer die Genauigkeit der Blechdicke beeinflusst oder nicht, wird im Teil 49 vorgenommen. Wenn die Blechdicke durch einen solchen Effekt adjustiert werden kann, so wird die Walzenbiegekraft des ersten Ständers entsprechend gesteuert. Wenn die Blechdicke durch einen solchen Effekt nicht adjustiert werden kann, so wird der Zug der Walzenbiegekraft beim mittleren Ständer und die erforderliche Walzenbiegekraft im Teil 50 errechnet. Auf diese Weise wird die Steuerung des Walzvorgangs zur Einstellung der Gestalt des Walzbleches vorgenommen und man erhält stets ein Walzblech gewünschter Gestalt.

Die Figuren 6 und 7 zeigen Blockschaltbilder weiterer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung der Gestalt von Walzblechen. In Fig.6 bezeichnet das Bezugszeichen 101 eine arithmetische Einheit zur Vorgabe der Zeitverzögerung zwischen dem Eintreten des Bleches in den Spalt des ersten Ständers und dem Zeitpunkt des Eintretens des gleichen Blechbereichs in den Spalt des letzten Ständers. Das Bezugszeichen 102 bezeichnet eine Verzögerungseinrichtung zur Verzögerung der Signale des ersten Gestaltmeßgerätes 41 je nach der in der arithmetischen Einheit 101 errechneten Verzöge rungsze it.

In Fig. 7 bezeichnet das Bezugszeichen 110 eine arithmetische Einheit zur Ermittlung der Menge des Walzenkühlmittels. Die Bezugszeichen 121, 122 .... 12n bezeichnen Walzenkühlmittel-Steuereinrichtungen.

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Wenn die Gestalt des !Heches nicht mit Hilfe der Walzenbiegekräfte allein gesteuert werden kann, so wird die Gestalt des Bleches zusätzlich dadurch gesteuert, daß man die Verteilung des Walzenkühlmittels in Querrichtung variiert, bis man die gewünschte Blechgestalt erhält.

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Claims (4)

1. P A T B N T A N S P R O C H H

   "I.] Verfahren zur Steuerung der Gestalt von Walzblech fei einem Walzwerk vom Tandemtyp, dadurch gekennzeichnet, daß man die Spannungsverteilung des Bleches in Querrichtung zwischen einer lintrol 1 maschine und einem ersten Ständer mit Hilfe eines ersten Gestaltmeßgerätes und zwischen einem letzten Ständer und einer Aufwickelmaschine mit Hilfe eines zweiten Gestaltmeßgerätes ermittelt und die jeweilige Walzenbiegekraft und/oder die jeweilige Verteilung des Walzenkühlmittels beim letzten Ständer, beim ersten Ständer und bei anderen Ständern derart einstellt, daß man ein gewünschtes Muster des Vorwärtsschlupfs und Rückwärtsschlupfes in Querrichtung erhält und zwar anhand der Summen der Spannungsverteilungen, welche vom ersten Gestaltmeßgerät und zweiten Gestaltmeßgerät ermittelt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Walzenbiegekraft des letzten Ständers derart einstellt, daß man ein gewünschtes Muster der Summen der Spannungsverteilungen des ersten und zweiten Gestaltmeßgerätes erhält; und daß man die Walzenbiegekraft des ersten Ständers steuert, falls festgestellt wird, daß man durch Steuerung der Walzenbiegekraft des letzten Ständers das gewünschte Muster der Summen der Spannungsverteilungen nicht erhält; und daß man die Biegekraft eines mittleren Ständers zwischen dem ersten und letzten Ständer steuert, falls festgestellt wird, daß man das gewünschte Muster der Summen der Spannungs-Verteilungen durch Einstellung der Walzenbiegekraft des ersten Ständers nicht erzielt; und daß man die Verteilung des Walzenkühlmittels steuert, falls festgestellt wird, daß man das gewünschte Muster der Summen der Spannungsverteilungen durch Steuerung der Walzenbiegekraft des mittleren Ständers nicht erzielt.

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3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erwünschte Muster des Walzbieches in Querrichtung eben ist.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der SummenI)i 1 dung die Verzögerungszeit zwischen dem Eintritt des Bleches in den Walzenspalt des ersten Ständers und dem Eintritt des Bleches in den Walzenspalt des letzten Ständers berücksichtigt.

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