-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Walzen von dünnen
Blechen, insbesondere Stahlblechen.
-
Bei der Herstellung eines Blechbandes durch Walzen legt man großen Wert
auf die Dickengleichmäßigkeit, insbesondere in Längsrichtung des Bandes
oder in der Walzrichtung.
-
Diese Dickengleichmäßigkeit ist noch kritischer, wenn man dünne Bleche
herstellt, insbesondere Bleche für Verpackungen und/oder für
Getränkedosen.
-
Generell werden die Bänder in Anlagen gewalzt, die eine Folge von
Walzgerüsten aufweisen, indem man sie durch den zwischen den Walzen jedes
Walzgerüstes gebildeten Spalt laufen läßt.
-
Herkömmlicherweise wird der Walzvorgang durchgeführt, indem man jedes
Walzgerüst steuert, insbesondere auf der Basis von Einstellwerten für den Zug
zwischen den Walzgerüsten und/oder den Walzdruck zwischen zwei
Arbeitswalzen eines Walzgerüstes.
-
So kann, mit Bezug auf Fig. 1, eine Walzstraße mit drei Walzgerüsten C1, C2,
C3 durch eine Steuereinrichtung S gesteuert werden, insbesondere anhand
der Messung des Zuges des Bandes B zwischen den Walzgerüsten mit Hilfe
von Aufnehmern T2, T3 und/oder durch Einwirkung auf die
aufeinanderfolgenden Andruckeinrichtungen A1, A2, A3 jedes Walzgerüstes.
-
Der streng kreisförmige Querschnitt der Walzen ist eine der Bedingungen
dafür, daß auf der Länge des Bandes eine gleichmäßige Dicke erhalten wird.
Die Verfahren zur Bearbeitung der Walzen gestatten es jedoch nicht, eine
perfekte Kreisform der Walzen zu erreichen, und die Walzen haben häufig
eine leichte Ovalform.
-
Selbst wenn es das Abrichten ermöglicht, eine Kreisform zu erreichen, kann
dennoch eine leichte Ovalform auftreten oder sich verstärken, wenn die
Wal
zen in Betrieb sind, beispielsweise durch die Wirkung thermischer
Spannungen.
-
Diese leichte Ovalform der Walzen, die auch als "Unrundheit" oder
"Exzentrizität" bezeichnet wird, führt im Verlauf des Walzvorgangs beispielsweise zu
Schwankungen des Spaltes zwischen zwei Arbeitswalzen eines Walzgerüstes
um einige zehn Mikrometer. Diese Breitenschwankungen des Spaltes sind
periodisch, haben eine zu der Drehzahl der Walzen proportionale Frequenz
und verursachen periodische Dickenschwankungen in Längsrichtung des
Blechbandes am Ausgang jedes Walzgerüstes.
-
Diese Dickenschwankungen des Bandes werden als Unrundheitsfehler oder
Exzentrizitätsfehler bezeichnet.
-
Diese Dickenschwankungen liegen typischerweise in der Größenordnung von
0,5 um für jedes Walzgerüst einer Anlage, was bei einem Band mit der Dicke
von 0,25 mm einer Schwankung um 0,2% entspricht.
-
Eine solche Dickenschwankung von Metallbändern ist für die Mehrzahl der
Anwendungen nicht tolerierbar, insbesondere bei Verpackungen und
Getränkedosen.
-
Es sind Verfahren bekannt, mit denen im Verlauf des Walzvorgangs diese
Ovalform oder "Unrundheit" der Walzen kompensiert und eine
gleichmäßigere Dicke auf der Länge des Bandes erzielt wird.
-
Gemäß dem ersten Verfahren läßt man in einem dem Walzen eines Bandes ·
vorangehenden Schritt die Walzgerüste der Anlage "leer" laufen, indem man
einen Einstellwert für den Walzdruck der Arbeitswalzen jedes Walzgerüstes
anwendet und den Unrundheitsfehler dadurch ermittelt, daß man die
Amplitude und Phase der Schwankungen der Kraft zwischen diesen Walzen mißt,
wonach dann in einem zweiten Schritt im Verlauf des Walzvorgangs eines
Bandes auf den Einstellwert für den Walzdruck jedes Walzgerüstes ein
Kompensationssignal für die Unrundheit mit derselben Amplitude wie der zuvor
gemessene Fehler, jedoch mit entgegengesetzter Phase angewandt wird.
-
Ein solches Verfahren zur Kompensation der Unrundheit ist ein
zeitversetz
tes Kompensationsverfahren, das nicht effizient ist, wenn der
Unrundheitsfehler nicht konstant ist, insbesondere, wenn er im Verlauf des Walzvorgangs
variiert, beispielsweise aufgrund von Verformungen der Walzen infolge
thermischer Spannungen.
-
Es ist ein zweites Verfahren zur Kompensation der Unrundheit in Echtzeit
bekannt, bei dem im Verlauf des Walzvorgangs die Dicke des Bandes am
Ausgang jedes Walzgerüstes gemessen wird, die periodischen
Dickenschwankungen ermittelt werden, die den Drehzahlen der Walzen entsprechen und dazu
eine konstante Phasenverschiebung aufweisen, und daraus die Amplitude und
Phase des auf den Einstellwert für den Walzdruck anzuwendenden Signals für
die Kompensation der Unrundheit abgeleitet wird.
-
So ist gemäß Fig. 2 eine Einrichtung zur Kompensation der Unrundheit an
die zuvor beschriebene Anlage angeschlossen, und sie umfaßt
Dickenaufnehmer E1, E2, die stromabwärts der Walzgerüste angeordnet ist,
Winkelaufnehmer V1, V2 für die Walzen und Kompensatoren P1, P2.
-
Anhand der von den Aufnehmern E1, V1 für P1 und E2, V2 für P2 gelieferten
Signale bestimmen die Kompensatoren P1, P2 das Kompensationssignal für
den Einstellwert für den Walzdruck, der auf die Andruckeinrichtungen A1,
A2 der Walzgerüste C1, C2 anzuwenden ist, um die Unrundheitsfehler der
Walzen zu eliminieren.
-
Ein solches Verfahren zur Kompensation der Unrundheit in Echtzeit
erfordert allerdings die Installation zahlreicher Meßaufnehmer an jedem
Walzgerüst.
-
Der Meßaufnehmer für die Dicke ist stets einige Meter, beispielsweise 2,5 m,
hinter dem Ausgang des Spaltes eines Walzgerüstes angeordnet, was zu einer
Verzögerung bei der Ermittlung der Unrundheitsfehler der Walzen dieses
Walzgerüstes in Bezug auf die eigentliche Entstehung des Fehlers an der
Stelle des Walzenspaltes führt.
-
So liegt für einen Abstand zwischen Walzgerüst und Aufnehmer von 2,5 m
und eine Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes durch das Gerüst von
300 m/min die Verzögerung bei der Detektion des Fehlers in der
Größenord
nung von 0,5 s.
-
Außerdem hat man festgestellt, daß das von den Aufnehmern E1, E2
gelieferte Dickenmeßsignal ein beträchtliches Rauschen aufweist und daß es oft
schwierig ist, die periodischen Dickenschwankungen des Bandes relativ zu
den Unrundheitsfehlern der Walzen von anderen Dickenschwankungen
anderen Ursprungs zu unterscheiden.
-
Zur Bestimmung des auf die Andruckeinrichtungen A1, A2 anzuwendenden
Kompensationssignals mit Hilfe der Kompensatoren P1, P2 wird das
Dickenmeßsignal nach Frequenzen analysiert, insbesondere durch
Fouriertransformation, aus dem erhaltenen Spektrum werden die Signale extrahiert, die der
Rotationsfrequenz der Walzen der Walzgerüste C1, C2 entsprechen, und es
wird ein Kompensationssignal anhand dieser extrahierten Signale erzeugt.
-
Um so ein zuverlässiges und präzises Kompensationssignal zu erzeugen, so
daß die aus der Dickenmessung extrahierten Signale die Unrundheitsfehler
gut repräsentieren und nicht andere Phänomene, kommt man dann dazu, die
Integrationszeit der Fouriertransformation zu verlängern, wodurch die
Frequenzauflösung der Analyse des Meßsignals verbessert wird, so daß man die
Unrundheits-Fehlersignale besser aus dem Meßsignal extrahieren kann und
die Detektion zufälliger oder ungenauer Fehler vermeidet oder begrenzt.
Die Verlängerung der Integrationszeit erhöht jedoch weiter die Verzögerung
bei der Erfassung des Unrundheitsfehlers in Bezug auf den Augenblick der
tatsächlichen Entstehung dieses Fehlers.
-
Diese verlängerte Integrationszeit ist notwendig, um eine stabile Regelung
bei dem Betrieb der Einrichtung zur Kompensation der Unrundheit zu
erreichen.
-
Zwischen der Erzeugung eines Unrundheitsfehlers im Walzgerüst und der
vollständigen Kompensation dieses Fehlers ergibt sich so bei der Regelung
durch die Kompensationseinrichtung eine viel zu lange globale Ansprechzeit,
während derer die Dickenfehler eines durchlaufenden Bandes nicht korrekt
korrigiert werden.
-
Beispielsweise können bei den Komponenten der Kompensationseinrichtung
die folgenden Ansprechzeiten auftreten:
-
- typische Ansprechzeit eines Dickenmeßaufnehmers: 50 ms
-
- Verzögerung infolge des Abstands zwischen Walzgerüst und Aufnehmer:
500 ms
-
- Ansprechzeit der Andruckeinrichtungen: 50 bis 70 ms
-
Bei einer solchen Einrichtung weist die Regelschleife zur Kompensation der
Unrundheit eine Ansprechzeit in der Größenordnung von einigen von zehn
Sekunden auf.
-
Wenn die Durchlaufgeschwindigkeit erhöht ist, und da das Band natürlich
mehrere Walzgerüste durchläuft, stellen am Ende der Walzstraße die
Abschnitte des Bandes, auf denen die Unrundheitsfehler noch bestehen, einen
beträchtlichen Teil des Bandes dar (bis zur Hälfte), so daß es nicht möglich
ist, im Handel eine ausreichende Qualitätsgarantie zu gewährleisten,
beispielsweise die Garantie, daß die Dickenschwankung kleiner als 2,5% oder
3% ist.
-
Das Verfahren zur Kompensation der Unrundheit in Echtzeit hat somit noch
nicht die Leistungsfähigkeit, die zur Gewährleistung einer hinreichend
homogenen Dicke auf dem gesamten gewalzten Band erforderlich ist,
insbesondere beim Walzen von dünnen Blechen.
-
Im übrigen erfordert das Kompensationsverfahren eine kostspielige
Installation, die insbesondere mit der Anzahl der einzusetzenden Aufnehmer
zusammenhängt.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Walzverfahren zu schaffen, das es gestattet,
ein Metallband mit sehr großer Dickengleichmäßigkeit auf der gesamten
Länge des Bandes zu walzen.
-
Ebenso ist es Aufgabe der Erfindung, eine zuverlässige und wirtschaftliche
Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.
-
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Kaltwalzen eines Bandes
zwischen den Walzen von aufeinanderfolgend angeordneten Walzgerüsten, bei
dem man in Echtzeit eine Modifikation an dem Einstellwert für den
Walzdruck der Walzen wenigstens eines dieser Walzgerüste vornimmt, um die
Unrundheitsfehler der Walzen dieses Walzgerüstes zu kompensieren, und bei
dem man diese Modifikation dadurch bestimmt, daß man eine
Frequenzanalyse an einem Meßsignal für einen dieses Walzgerüst betreffenden
Walzparameter vornimmt und aus dem Meßsignal die periodischen Schwankungen des
Signals extrahiert, deren Frequenzen der Drehzahl der Walzen entsprechen,
um so ein zu diesen periodischen Schwankungen proportionales
Kompensationssignal zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung eine
Messung des Zuges des Bandes unmittelbar stromaufwärts dieses Walzgerüstes
ist.
-
Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Walzanlage mit einer Folge von
Walzgerüsten, Meßaufnehmern für den Zug zwischen den Walzgerüsten,
Andruckeinrichtungen für jedes Walzgerüst, einer Steuereinrichtung,
insbesondere zur Regelung der Andruckeinrichtungen, und wenigstens einer
Einrichtung zur Kompensation von Unrundheitsfehlern der Walzen eines
Walzgerüstes in der Folge von Walzgerüsten, die mit der Andruckeinrichtung für
dieses Walzgerüst verbunden ist, um ihr ein
Unrundheitsfehler-Kompensationssignal zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kompensationseinrichtung auch mit einem Meßaufnehmer für den Zug zwischen den Walzgerüsten
verbunden ist, der unmittelbar stromaufwärts dieses Walzgerüstes (C2, C3)
angeordnet ist, um das Meßsignal des Zug-Meßaufnehmers T2, T3
aufzunehmen und das genannte Kompensationssignal zu bestimmen.
-
Die Erfindung wird besser verständlich anhand der nachfolgenden, lediglich
als Beispiel gegebenen Beschreibung und unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
-
Fig. 1 eine Teilskizze einer herkömmlichen Kaltwalzanlage mit
zugehöriger Steuereinrichtung;
-
Fig. 2 dieselbe Walzanlage wie in Fig. 1 mit einer Einrichtung zur
Kompensation der Unrundheit der Walzen nach dem Stand der Technik;
-
Fig. 3 dieselbe Walzanlage wie in Fig. 1, mit einer Einrichtung zur
Kompensation der Unrundheit der Walzen gemäß Erfindung.
-
Gemäß Fig. 3 umfaßt die Walzanlage drei Walzgerüste C1, C2, C3, eine
Steu
ereinrichtung S. Meßaufnehmer T2, T3 für den Zug zwischen den
Walzgerüsten, Andruckeinrichtungen A1, A2, A3 für die Walzgerüste C1, C2, C3 und
Kompensationseinrichtungen P'2, P'3.
-
Der Meßwert für den Zug zwischen den Walzgerüsten entspricht der
Zugspannung des Bandes zwischen jedem Walzgerüst, und die hierzu
vorgesehenen Aufnehmer T2, T3 sind beispielsweise Ablenktensiometer.
-
Die Andruckeinrichtungen A1, A2, A3 werden hauptsächlich durch einen
Einstellwert gesteuert, der von der Steuereinrichtung S geliefert wird.
Die Kompensationseinrichtungen P'2, P'3 haben ebenso wie die zuvor
beschriebenen Kompensatoren P2, P3 die Funktion, das Kompensationssignal
zu bestimmen, das zur Korrektur des Andruck-Einstellwertes für die
Andruckeinrichtungen A2, A3 der Walzgerüste C2, C3 in Echtheit dient, um den
Unrundheitsfehler der Walzen dieser Walzgerüste zu eliminieren.
-
Zur Bestimmung des Kompensationssignals sind die
Kompensationseinrichtungen P2 und P3 gemäß der Erfindung mit den Zugaufnehmern T2 und T3
verbunden.
-
In herkömmlicher Weise sind die Walzen der Walzgerüste C2, C3 abgerichtet,
sie weisen jedoch Unrundheiten auf, die im Verlauf des Walzvorgangs ohne
Kompensation zu Schwankungen des Spaltes zwischen den Arbeitswalzen
führen würden.
-
Auf an sich bekannte Weise wird ein Band B gewalzt, indem der Betrieb der
Walzgerüste C1, C2, C3 der Anlage mit Hilfe der Steuereinrichtung S
gesteuert wird, insbesondere anhand der Messung des zwischen den Walzgerüsten
bestehenden Zuges des Bandes B mit Hilfe der Aufnehmer T2, T3 und unter
Einwirkung auf die aufeinanderfolgenden Andruckeinrichtungen A1, A2, A3
jedes Walzgerüstes.
-
Um beim Walzen des Metallbandes B die Dickenschwankungen in
Längsrichtung des Bandes innerhalb von Toleranzen zu halten, die wesentlich kleiner
sind als die Unrundheitsfehler der Walzen der Walzgerüste C2 und C3, wird
auf den Andruck-Einstellwert der Andruckeinrichtungen A2, A3 außerdem
ein Signal zur Kompensation der Unrundheit dieser Walzen angewandt.
-
Gemäß der Erfindung liefern die Kompensatoren P'2, P'3 dieses
Kompensationssignal an die Andruckeinrichtungen S2, A3 und bestimmen dieses Signal
anhand des von den Aufnehmern T2, T3 stromaufwärts der Walzgerüste C2,
C3 aufgenommenen Meßsignals.
-
Die Erfindung ist somit von dem zweiten bis zum letzten Walzgerüst der
Walzanlage anwendbar, ohne daß zusätzliche Aufnehmer installiert werden
müssen, da die Zug-Meßaufnehmer T2, T3 bereits zwischen jedem Walzgerüst
installiert sind, um die herkömmliche Steuerung der Walzanlage durch die
Einrichtung S zu ermöglichen.
-
So ist beispielsweise die Kompensationseinrichtung P'2 in an sich bekannter
Weise dazu eingerichtet, aus dem Signal des Aufnehmers T2 die periodischen
Schwankungen des Zuges des Bandes B stromaufwärts des Walzgerüstes C2 zu
extrahieren, deren Frequenz gleich der Rotationsgeschwindigkeit der Walzen
des Walzgerüstes C2 ist, und ein zu diesen extrahierten Schwankungen
proportionales Kompensationssignal zu erzeugen.
-
Gemäß einer Abwandlung der Erfindung trägt die Kompensationseinrichtung
P'2 auch den Oberschwingungen der Unrundheitsfehler Rechnung, d. h., den
periodischen Schwankungen des Zuges des Bandes B, deren Frequenz ein
Vielfaches der Rotationsgeschwindigkeit der Walzen des Walzgerüstes C2 ist.
-
Zur Extraktion der periodischen Schwankungen wird generell eine
Fouriertransformation ausgeführt.
-
Bei der Erfindung hat sich gezeigt, daß das Zug-Meßsignal über eine
wesentlich kürzere Zeit integriert werden kann als bei den Verfahren nach dem
Stand der Technik, und daß dennoch die Unrundheitsfehler der Walzen des
Walzgerüstes C2 zuverlässig und präzise detektiert werden können.
-
Selbst obgleich beispielsweise die beiden Arbeitswalzen des Walzgerüstes C2
etwas unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeiten aufweisen können,
insbesondere infolge leichter Durchmesserunterschiede, ist es nicht notwendig,
die Integrationszeit so lang zu machen, daß der Unrundheitsfehler der einen
Walze von dem der anderen unterschieden werden kann, und es erweist sich
als ausreichend, das Kompensationssignal anhand der mittleren Amplitude
des gemessenen Fehlers zu bestimmen.
-
Überraschend hat sich gezeigt, daß das Detektionssignal für die
Unrundheitsfehler wesentlich weniger Rauschen enthält, wenn es von der Messung des
Zuges durch einen Aufnehmer T2 stromaufwärts des Walzgerüstes C2
stammt, als wenn es insbesondere von der Dickenmessung durch einen
Aufnehmer E2 stromabwärts des Walzgerüstes C2 herrührt, wie bei dem
herkömmlichen Verfahren nach Fig. 2.
-
Zur Gewinnung der Unrundheitsfehler der Walzen eines Walzgerüstes durch
Frequenzanalyse des von einem Zugaufnehmer stromaufwärts dieses
Walzgerüstes gelieferten Meßsiganls ist somit für eine zuverlässige und präzise
Detektion dieses Unrundheitsfehlers keine sehr feine Frequenzauflösung mehr
erforderlich, so daß es möglich ist, die Integrationszeiten der
Fouriertransformationen beträchtlich zu verringern.
-
Da somit gemäß der Erfindung der Aufnehmer für den Unrundheitsfehler ein
Zugaufnehmer ist, gibt es im Gegensatz zu dem Verfahren nach dem Stand
der Technik keinerlei Verzögerung zwischen dem Auftreten eines Fehlers
und seiner Detektion.
-
Weiterhin sind nach der Erfindung die Kompensationseinrichtungen so
programmiert, daß sie eine Frequenzanalyse der Meßsignale mit wesentlich
kürzeren Integrationszeiten als beim Stand der Technik vornehmen.
-
Im Vergleich zu Vorrichtungen nach dem Stand der Technik ist also
insgesamt die Ansprechzeit der Kompensationseinrichtung auf Unrundheiten bei
der Erfindung beträchtlich verkürzt.
-
So hat bei Walzen, die mit 60 Umdrehungen pro Minute rotieren, also mit
1 Hz, ein Zug-Meßaufnehmer eine Ansprechzeit von 16 ms, die
Andruckeinrichtung hat eine Ansprechzeit auf die Anwendung des Einstellwertes von 70
ms, die globale Ansprechzeit der Unrundheits-Kompensationsregelung nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt nur etwa 2,5
Walzenumdrehungen, also etwa 2,5 Sekunden.
-
Die Ansprechzeit der Andruckeinrichtung und die maximale
Andruckgeschwindigkeit dieser Einrichtung können kritische Begrenzungsfaktoren für
die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sein; vorzugsweise soll
die Ansprechzeit der Andruckeinrichtung unterhalb der Dauer einer
Walzenumdrehung bleiben.
-
Da die Geschwindigkeit des Bandes und damit die Rotation der Walzen vom
stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Ende der Walzstraße zunimmt,
können diese Bedingungen für die ersten Walzgerüste der Anlage nicht immer
erfüllt werden, und es ist nicht immer möglich, die Walzanlage vollständig
mit der erfindungsgemäßen Kompensationsvorrichtung auszurüsten.
-
Die Kompensationsvorrichtung und ihre Funktionsweise, die für das
Walzgerüst 2 beschrieben wurden, sind ebenso für das Walzgerüst 3 oder eventuelle
weitere Walzgerüste stromabwärts anwendbar.
-
Gemäß der Erfindung, und wenn man alle Walzgerüste einer Walzanlage mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausrüstet, erhält man am Ausgang der
Walzstraße Metallbänder mit longitudinalen Dickenschwankungen von
weniger als 5 um, d. h., weniger als 0,7% für eine mittlere Dicke von 0,26 mm.