[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum flexiblen Walzen eines Metallbandes, wobei
das Metallband während des Walzprozesses durch einen zwischen zwei Arbeitswalzen gebildeten
Walzspalt geführt und der Walzspalt während des Walzvorgangs gezielt verfahren wird,
um über die Länge des Metallbandes unterschiedliche Banddicken zu erzielen.
[0002] Das flexible Walzen als Verfahren zur Herstellung von planen Metallbändern mit über
ihre Länge definiert unterschiedlichen Banddicken ist bereits aus der Praxis bekannt.
Das flexible Walzen ist dadurch gekennzeichnet, daß während des Walzprozesses der
Walzspalt gezielt verfahren wird. Hierbei werden unterschiedlich lange Bandabschnitte
mit unterschiedlichen Banddicken gewalzt, die über unterschiedliche Steigungen miteinander
verbunden sein können. Das Ziel des flexiblen Walzens ist es, Walzprodukte mit belastungs-
und gewichtsoptimierten Querschnittsformen herzustellen. Das Verfahren ist üblicherweise
als Bandwalzen von Coil auf Coil ausgelegt. Hierbei unterstützt der über den Haspel
aufgebrachte Bandzug den Walzprozeß und verbessert wesentlich die Geradheit des fertigen
Bandprofils in Längsrichtung, also in Walzrichtung.
[0003] Beim Walzen im Rahmen des konventionellen Bandwalzprozesses sind zur Verformung des
in der Einlaufzone zum Walzspalt befindlichen Walzgutes erhebliche Kräfte erforderlich,
welche zu einer elastischen Durchbiegung der Walzen führen. Durch die Durchbiegung
der an ihren beiden Enden gelagerten Walzen ergibt sich eine Biegelinie, die meist
parabelförmig ist und der Mittelachse der Walze entspricht. Da die Durchbiegung eine
Abweichung vom gleichmäßigen Spaltmaß bzw. vom idealen Spalt verursacht, sind Korrekturmaßnahmen
erforderlich.
[0004] Eine Maßnahme, die Abweichung vom idealen Spalt - verursacht durch die Durchbiegung
der Walzen - zu korrigieren, besteht im Bombieren der Walzenballen. Hierunter wird
die tonnenförmige oder bauchige Ausführung der Walzenballen verstanden. Bei dieser
Art der Korrektur ist es möglich, nur die Arbeitswalzen, nur die Stützwalzen oder
aber auch sowohl die Arbeitswalzen als auch die Stützwalzen zu bombieren. Das Bombieren
soll die Durchbiegung, welche durch die Walzkräfte und das Eigenwicht der Walzen verursacht
wird, so ausgleichen, daß der Spalt zwischen den Walzen wieder gleichmäßig verläuft,
d. h. über die Länge der Walzen konstant ist. In der Regel ist die Korrektur der Biegelinie
jedoch nicht vollständig und gilt, da die Walzenform bzw. die Bombierung nicht veränderlich
ist, nur für einen bestimmten Betriebsfall.
[0005] Eine weitere Korrekturmöglichkeit besteht darin, daß jeweils ein Walzenballen durch
Drehung in der Horizontalen um den Mittelpunkt seiner Berührungslinie mit der korrespondierenden
Walze schräg zu deren Achse gestellt wird. Durch diese Schrägstellung ändert sich
der Spalt an den Enden der Walzenballen, während er in der Mitte unverändert bleibt.
Das Schrägstellen der Walzen gestattet durch die Variationsmöglichkeit zwar einen
angenäherten Ausgleich der Durchbiegung für fast alle Betriebsfälle, ist aber hinsichtlich
der erzielbaren Genauigkeit dem zuvor genannten Parabolschliff der Walzenballen gleichzusetzen.
[0006] Weiterhin ist es möglich, durch Aufbringen von Kräften auf die Lagerzapfen der Walzen
ein Biegemoment zu erzeugen, welches den Biegemomenten beim Walzen entgegenwirkt.
Dieses Vorspannen der Walzen gestattet ebenfalls wie die Schrägstellung einen angenäherten
Ausgleich für fast alle Betriebsfälle. Nachteilig ist jedoch die wesentlich erhöhte
Lagerbelastung. Hinsichtlich der erzielbaren Kompensation ist das Vorspannen mit dem
Parabolschliff vergleichbar.
[0007] Schließlich besteht eine weitere Korrekturmöglichkeit in der Arbeitswalzenkühlung,
bei der es sich um eine thermische Bombierung handelt.
[0008] Es versteht sich, daß die zuvor angesprochenen Korrekturmöglichkeiten zur Erzielung
eines idealen Walzspalts in Walzwerken sowohl für sich als auch in Kombination miteinander
angewendet werden können.
[0009] Im Gegensatz zum konventionellen Bandwalzprozeß ist es beim flexiblen Walzen besonders
problematisch, daß während des Walzprozesses aufgrund der häufigen Dickenänderungen
des Metallbandes ständig große Lastschwankungen am Walzgerüst auftreten, die zum einen
zwar die erwünschte Banddickenänderung erbringen, zum anderen aber insbesondere für
breitere Metallbänder eine erhebliche Änderung der Walzenbelastung über die Breite
zur Folge haben. Hierdurch wird die Biegelinie der Arbeitswalzen, somit die geometrische
Ausbildung des Walzenspaltes und damit die Planheit beeinflußt, sofern keine Korrektur
zur Erzielung eines gleichmäßigen Spaltmaßes erfolgt. Wird beim flexiblen Walzen der
Walzenspalt entsprechend dem geforderten Bandprofil ohne Korrektur verfahren, so entsteht
für diesen Lastwechsel ein charakteristisches unplanes Bandprofil über die Breite.
Aufgrund dieser Unplanheit besteht die Gefahr von Randwellen bzw. Bandrissen, da die
bezogene Höhenformänderung und dementsprechend bezogene Längenformänderung nicht konstant
über die Breite ist. Aufgrund dessen ergeben sich unterschiedliche Dicken über die
Breite und hieraus unterschiedliche Längen, die diese Bandfehler verursachen.
[0010] Die Planheit ist eine wesentliche Anforderung an ein Metallband. Sie ist wichtig,
um für die Weiterverarbeitung gleiche Verhältnisse von Bandmitte zu Bandkante gewährleisten
zu können. Bei nicht planen Bändern kann es zu unerwünschten Effekten beim Aufhaspeln
kommen. Dies äußert sich in Reibspannungsspitzen an den Kontaktflächen im aufgehaspelten
Coil entweder in der Bandmitte oder an der Bandkante in Abhängigkeit vom Bandprofil.
Dies kann in Abhängigkeit vom Umschlingungswinkel und den auftretenden Reibungsbedingungen
zu einem Kleben des aufgecoilten Bandes führen, insbesondere, wenn im Anschluß an
das Walzen eine Glühbehandlung durchgeführt wird.
[0011] Im konventionellen Bandwalzprozeß zur Herstellung von planen Metallbändern mit über
ihre Länge gleichbleibender Dicke werden sowohl die Banddicke als auch die Planheitheit
konstant eingestellt, über komplexe Regelkreise überwacht und bei auftretenden Abweichungen
über entsprechende Stellglieder geregelt. Eine Regelungsvorrichtung zum Ausregeln
der walzkraftbedingten Walzendurchbiegung im konventionellen Bandwalzprozeß ist beispielsweise
aus der DE 22 64 333 C3 bekannt.
[0012] Problematisch ist, daß es bei der bekannten Regelung einer bestimmten Ansprechzeit
und einer gewissen Regelzeit bedarf, bis die Regelung angesprochen hat und die Wirkung
einer Störgrößenänderung durch die Wirkung der Regelung innerhalb der Meßgenauigkeit
ausgeregelt ist. Dieses Problem des Ansprechens der Regelung und der erforderlichen
Regelzeit spielt gerade beim flexiblen Walzen eine erhebliche Rolle, da zum Teil sehr
kurze Bandabschnitte mit unterschiedlichen Dicken bei teilweise hohen Walzgeschwindigkeiten
gewalzt werden müssen, und die Planheitheit letztlich über die gesamte Länge des flexibel
gewalzten Bandes garantiert sein soll. Gerade für breitere Metallbänder ist dies ausgesprochen
schwierig.
[0013] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum flexiblen Walzen eines
Metallbandes zur Verfügung zu stellen, bei dem eine gute Planheit erzielt werden kann,
und zwar auch bei relativ breiten Bändern.
[0014] Die zuvor hergeleitete und beschriebene Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs
beschriebenen Art erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß während jedes
Einstellens des Walzspalts oder unmittelbar danach die Biegelinien der Arbeitswalzen
in Abhängigkeit vom eingestellten Walzspalt zur Erzielung einer Planheit des Metallbandes
gesteuert werden. Wesentlich bei der Erfindung ist also, daß die Beeinflussung der
Biegelinien der Arbeitswalzen beim Einstellen des Walzspalts - jedenfalls zunächst
- nicht über eine Regelung erfolgt, sondern über eine Steuerung, also einen Vorgang,
bei welchem eine Größe - vorliegend die Biegelinien der Arbeitswalzen - von einer
anderen Größe - vorliegend dem Walzspalt - in einem vorgegebenen, festen Zusammenhang
beeinflußt wird.
[0015] Bei der Erfindung erfolgt die Kompensation der Biegelinienänderung aufgrund der Lastwechsel
bei einer Walzspaltänderung durch die Kenntnis der Biegelinienabhängigkeit von den
jeweiligen Walzspalten. Wird beispielsweise bei einem bestimmten Walzgut der Walzspalt
von S
1 auf S
2 verstellt, so führt diese Verstellung des Walzspalts zu einer Veränderung der Durchbiegung
der Arbeitswalzen. Diese Biegelinienänderung ist bekannt und bildet die Grundlage
der gesteuerten Kompensation. Das Bekanntsein der Biegelinienänderung kann aus der
vorgegebenen Geometrie folgen, kann aber insbesondere empirisch gewonnen werden, nämlich
dadurch, daß entsprechende Meßgrößen während des Walzprozesses rückgeführt werden.
[0016] Die Biegelinie wird im Ergebnis direkt in Abhängigkeit von den jeweiligen Walzspalten
durch Aufbringung, d. h. Erhöhung oder Verminderung bestimmter Rückbiegekräfte angepaßt,
um ein gleichmäßiges Spaltmaß über die Länge des Walzspalts zu erhalten. Durch diesen
steuernden Eingriff auf den Walzprozeß beim Einstellen des Walzspalts kann gezielt
auf das Metallband eingewirkt werden, und zwar bevor eine mögliche nachfolgende Regelung
überhaupt wirksam wird, um letztlich ein über seine gesamte Breite planes Metallband
zur Verfügung zu stellen.
[0017] Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Planheit im Anschluß an die Steuerung und
insbesondere unmittelbar nach der Einstellung des Walzspalts über wenigstens einen
Regelkreis geregelt wird. Die Erfindung sieht also vor, daß zunächst, d. h. beim Einstellen
des Walzspalts, lediglich eine Steuerung erfolgt. Äußere Störgrößen mit Ausnahme des
sich ändernden Walzspalts können hierbei nicht berücksichtigt werden. Ist der steuernde
Eingriff jedoch abgeschlossen, spricht die Regelung an, um die im Band verbliebene
Unplanheit zu beseitigen und damit ein planes Metallband zu erzielen.
[0018] Während des flexiblen Walzens ist es aufgrund der vorgegebenen Dickenänderungen des
Metallbandes mehrfach erforderlich, den Walzspalt zu verstellen. Daher ist erfindungsgemäß
weiterhin vorgesehen, daß kurz vor oder während des erneuten Einstellens des Walzspalts
die Regelung der Planheitunterbrochen wird und die Biegelinien der Arbeitswalzen in
Abhängigkeit des neuen Walzspalts erneut gesteuert werden. Es ergibt sich also ein
ständiger Wechsel zwischen Steuerung und Regelung in Abhängigkeit der vorbestimmten
Dickenänderung des Metallbandes über seine Länge.
[0019] Zur Steuerung werden in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Walzspalten vorbestimmte
Rückbiegekräfte auf die Arbeitswalzen und/oder die Stützwalzen aufgebracht, um eine
Arbeitswalzenbiegung oder eine Stütz- und Arbeitswalzenbiegung zu erzielen. Korrespondierend
hierzu werden zum Ausregeln einer Unplanheit des Metallbandes dem jeweiligen Belastungsfall
angepaßte Rückbiegekräfte auf die Arbeitswalzen und/oder Stützwalzen aufgebracht,
um ebenfalls eine Arbeitswalzenbiegung und/oder Stütz- und Arbeitswalzenbiegung zu
erzielen. Die vorgenannte Steuerung bzw. Regelung läßt sich bevorzugt mit der erwähnten
Arbeits- und/oder Stützwalzenbiegung umsetzen, da hier - der Verfahrgeschwindigkeit
des Walzspalts entsprechend - schnelle Änderungen realisiert werden können, was gerade
beim flexiblen Walzen mit zum Teil sehr kurzen Bandabschnitten wichtig ist. Denkbar
wären aber auch andere Möglichkeiten, die Planheit zu beeinflussen, z. B. durch das
Verschieben von Zwischenwalzen beim Six-High-Mill-Gerüst, durch hydraulisch gestützte
Walzen oder durch das Cross-Rolling. Ziel ist es aber in jedem Fall, ein planes, flexibel
gewalztes Band herzustellen und gleichzeitig die Haspelfähigkeit solcher Metallbänder
zu verbessern bzw. zu optimieren.
[0020] Damit die Regelung im Anschluß an die Steuerung möglichst schnell anspricht, was,
wie zuvor bereits ausgeführt worden ist, gerade beim flexiblen Walzen von erheblicher
Bedeutung ist, empfiehlt es sich, daß die Messung der Planheit optisch vorgenommen
wird. Die optische Messung der Planheit läßt sich unmittelbar hinter den Arbeitswalzen
in einfacher Weise realisieren. Dabei wird die Planheit des Metallbandes bevorzugt
über die gesamte Breite des Metallbandes hinter dem Walzspalt für jedes Längeninkrement
gemessen.
[0021] Besonders bevorzugt im Zusammenhang mit der optischen Messung ist es, daß zur Messung
der Planheit über die gesamte Breite des Metallbandes verteilte Laserdickenmeßstationen
vorgesehen sind und daß die Laserdickenmessung über Triangulation erfolgt. Die Laserdickenmessung
über die gesamte Breite des Metallbandes ermöglicht in einfacher Weise online eine
Optimierung der Biegelinie der Arbeitswalzen. Die Laserdickenmessung über Triangulation
ermöglicht durch den kleinen Meßfleck und die hohen Meßfrequenzen von 1 kHz und mehr
auch bei kurzen Bandabschnitten von ca. 50 mm Länge das Bestimmen des Querprofils.
[0022] Es versteht sich, daß es grundsätzlich möglich ist, auch andere als optische Meßmittel
zur Bestimmung einer nach der Steuerung im Band noch verbliebenen Unplanheit zu verwenden.
So kann beispielsweise eine Stressometerrolle verwendet werden.
[0023] Im übrigen ist es von Vorteil, nicht nur die Planheit des Metallbandes zu regeln,
sondern auch die Banddicke des Metallbandes in Längsrichtung. Dies kann in den Regelkreis
zur Biegung der Arbeitswalzen integriert sein.
[0024] Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden
Zeichnung nochmals erläutert. Es zeigt
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung eines Teils eines Walzgerüstes ohne Gegenbiegung,
- Fig. 2
- eine Ansicht des Walzgerüstes aus Fig. 1 mit Gegenbiegung und
- Fig. 3
- die Darstellung eines Regelkreises.
[0025] In den Fig. 1 und 2 ist ein Teil eines Walzgerüstes 1 einerseits ohne Gegenbiegung
(Fig. 1) und andererseits mit Gegenbiegung (Fig. 2) dargestellt. Im einzelnen sind
gezeigt eine zylindrische Arbeitswalze 2 mit Walzenballen 3 und Lagerzapfen 4, 5,
die in Lagern 6, 7 gelagert sind. Oberhalb der Arbeitswalze 2 befindet sich eine Stützwalze
8 mit einem zylindrischen Stützwalzenballen 9 und Lagerzapfen 10, 11, die in Lagern
12, 13 gelagert sind. Bei der dargestellten Arbeitswalze 2 und der Stützwalze 8 handelt
es sich um die oberen Walzen des Walzgerüstes 1. Nicht dargestellt sind die beiden
unteren korrespondierenden Walzen, nämlich eine untere Arbeitswalze und eine untere
Stützwalze. Zwischen den beiden Arbeitswalzen befindet sich der Walzspalt S.
[0026] Es versteht sich, daß die Erfindung sowohl bei einem Quarto-Walzgerüst als auch bei
einem Duo-Walzgerüst angewendet werden kann und daß statt zylindrischer Arbeitswalzen
2 und Stützwalzen 8 grundsätzlich auch bombierte Walzen eingesetzt werden können.
[0027] In Fig. 1 ist ein Anwendungsfall beim Walzen eines nicht gezeigten Metallbandes dargestellt,
wobei auf die Arbeitswalze 2 eine Walzkraft F
W ausgeübt wird. Die Walzkraft F
W bewirkt eine elastische Durchbiegung der Arbeitswalze 2, so daß sich die Biegelinie
B der Arbeitswalze 2 ergibt. Die Walzkraft F
W führt jedoch nicht nur zu einer Durchbiegung der Arbeitswalze 2, sondern auch zu
einer Durchbiegung der Stützwalze 8, was jedoch im einzelnen nicht dargestellt ist.
[0028] In der Fig. 2 ist der Zustand der Walzen 2, 8 mit Gegenbiegung dargestellt. Der Walzspalt
S hat im Gegensatz zum in Fig. 1 dargestellten Zustand ein konstantes, gleichmäßiges
Spaltmaß, also einen zumindest im wesentlichen gleichbleibenden konstanten Abstand
zwischen den beiden einander zugewandten Flächen der Arbeitswalzen. Im in Fig. 2 dargestellten
Zustand ist die Arbeitswalze 2 nicht durchgebogen. Der Walzkraft F
W wirken über die Stützwalze 8 aufgebrachte Rückbiegekräfte F
B entgegen.
[0029] Bei der dargestellten Ausführungsform verläuft die Biegelinie B, die der Mittelachse
der Arbeitswalze 2 entspricht, parallel zur Außenseite der Arbeitswalze 2. Bei einem
bombierten Walzenballen 3 ist dies nicht der Fall. In diesem Falle ist bei einem über
die Länge der Arbeitswalze konstanten Walzspalt im Gegensatz zu der Darstellung gemäß
Fig. 2 die Arbeitswalze durchgebogen, obwohl die den Walzspalt begrenzende Linie bzw.
Fläche der Arbeitswalze horizontal verläuft.
[0030] Das erfindungsgemäßen Verfahren zum flexiblen Walzen eines Metallbandes läuft nun
so ab, daß der Walzspalt S während des Walzvorganges gezielt verfahren wird, um eine
vorbestimmte Dickenänderung des Metallbandes über seine Länge zu erzielen. Wesentlich
ist dabei zunächst, daß während des Einstellens des Walzspalts S oder unmittelbar
danach die Biegelinien B der Arbeitswalzen 2 in Abhängigkeit vom eingestellten Walzspalt
zur Erzielung einer Planheit des Metallbandes gesteuert werden. Dies ist durch die
Kenntnis der Biegelinienabhängigkeit von den verschiedenen Walzspalten möglich. Hierdurch
wird die aufgrund der verschiedenen Walzspalte verursachte Abweichung vom idealen
Spalt kompensiert.
[0031] Im Anschluß an den zuvor beschriebenen steuernden Eingriff beim Einstellen des Walzspalts
S wird die Planheit über den in Fig. 3 dargestellten Regelkreis geregelt. Hierdurch
wird eine noch im Band nach dem steuernden Eingriff verbliebene Unplanheit ausgeregelt.
Wird der Walzspalt S später wieder verstellt, wird die Regelung unterbrochen und in
der zuvor erläuterten Weise wieder gesteuert.
[0032] Zur Steuerung werden in Abhängigkeit von den verschiedenen Walzspalten vorbestimmte
Rückbiegekräfte F
B auf die Stützwalzen 8 aufgebracht, um eine Arbeits- und Stützwalzenbiegung zu erzielen.
Mit dem gleichen Ziel werden Rückbiegekräfte F
B auf die Arbeitswalzen 2 zum Ausregeln der Unplanheit aufgebracht.
[0033] Zur Regelung wird zunächst eine Meßwerterfassung über entsprechende Meßmittel vorgenommen.
Dabei wird sowohl das Längs- als auch das Querprofil vermessen. Anschließend erfolgt
die Längsprofil- bzw. Querprofilerkennung, wobei die Regelabweichung zwischen Ist-
und Sollwert der jeweiligen Regelgröße festgestellt wird. Die jeweiligen Korrekturwerte
werden dann einem Regelkreis zugeführt. Bei der Längsprofilerkennung wird entsprechend
dem vorgegebenen Sollwert die Änderung Δh der Dicke des Metallbandes auf den vorgegebenen
Sollwert korrigiert. Hierzu ist eine entsprechende Änderung ΔS des Walzspalts erforderlich.
Von der Änderung des Walzspalts S hängen schließlich wiederum die auf die jeweiligen
Arbeitswalzen 2 aufzubringenden Rückbiegekräfte F
B ab.
1. Verfahren zum flexiblen Walzen eines Metallbandes, wobei das Metallband während des
Walzprozesses durch einen zwischen zwei Arbeitswalzen gebildeten Walzspalt geführt
und der Walzspalt während des Walzvorgangs gezielt verfahren wird, um über die Länge
des Metallbandes unterschiedliche Banddicken zu erzielen, dadurch gekennzeichnet, daß während jedes Einstellens des Walzspalts oder unmittelbar danach die Biegelinien
der Arbeitswalzen in Abhängigkeit vom eingestellten Walzspalt zur Erzielung einer
Planheit des Metallbandes gesteuert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Planheit im Anschluß an
die Steuerung und insbesondere unmittelbar nach der Einstellung des Walzspalts über
wenigstens einen Regelkreis geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß kurz vor oder während des erneuten
Einstellens des Walzspalts die Regelung der Planheit unterbrochen wird und die Biegelinien
der Arbeitswalzen in Abhängigkeit der erneuten Walzspaltanstellung für den neuen Walzfall
zur Erzielung der Planheit erneut gesteuert werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung
in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Walzspalten vorbestimmte Rückbiegekräfte
auf die Arbeits- und/oder Stützwalzen aufgebracht werden, um eine Arbeitswalzenbiegung
oder eine Stütz- und Arbeitswalzenbiegung zu erzielen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausregeln
einer Unplanheit des Metallbandes dem jeweiligen Belastungsfall angepaßte Rückbiegekräfte
auf die Arbeits- und/oder Stützwalzen aufgebracht werden, um eine Arbeitswalzendurchbiegung
und/oder Stütz- und Arbeitswalzenbiegung zu erzielen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung
der Planheit berührungslos, z. B. optisch erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Planheit
des Metallbandes über die gesamte Breite des Metallbandes hinter dem Walzspalt für
jedes Längeninkrement gemessen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Planheit
über die gesamte Breite des Metallbandes verteilte Laserdickenmeßstationen vorgesehen
sind und daß die Laserdickenmessung über Triangulation erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung
der Planheit berührend, z. B. über eine Stressometerrolle erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Banddicke
des Metallbandes in Längsrichtung geregelt wird.