Verfahren zur gezielten Beeinflussung der Geometrie eines Walzguts

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gezielten Beeinflussung der Geometrie eines Walzguts (4), wobei das Walzgut (4) von einem Anfangszustand durch Walzen mit Hilfe eines Walzgerüsts (2) mittels wenigstens eines Bearbeitungsaggregats (6) in einen Zwischen- oder Endzustand überführt wird. Eine Verbesserung der Geometrie eines Walzguts (4), insbesondere bei der Bearbeitung asymmetrischer Walzgüter, wird erreicht, indem das wenigstens eine Bearbeitungsaggregat (6) auf Grundlage einer Sollkraft (F) kraftgeregelt betrieben wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gezielten Beeinflussung der Geometrie eines Walzguts, wobei das Walzgut von einem Anfangszustand durch Walzen mit Hilfe eines Walzgerüsts mittels wenigstens eines Bearbeitungsaggregats in einen Zwischen- oder Endzustand überführt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung, einen maschinenlesbaren Programmcode sowie einen Datenträger.

[0002] In einem Walzwerk können alle Anlagen zusammengefasst sein, die zur Herstellung von Walzerzeugnissen benötigt werden. Abhängig von der Art der Umformung werden Warm und Kaltwalzwerke unterschieden. In den Warmwalzwerken bzw. Warmbreitbandwalzwerken werden Vorbrammen oder Blöcke, meistens kurz Brammen genannt, zu Warmband verarbeitet. Diese Warmumformung ist eines der Verfahren, das sich dem Urformen (Blockguss, Strangguss) anschließt. Dabei wird das Walzgut auf Temperaturen bis 1.350°C erwärmt und bevorzugt oberhalb dessen Rekristallisationstemperatur in einem Walzspalt des Walzwerks durch Druck auf eine vorgegebene Dicke reduziert. Da das Fertigprodukt (meist Stahl oder Aluminiumband) nur selten in einem Durchgang ausgewalzt werden kann, werden mehrere Walzgerüste zu einer Walzstrasse zusammengefasst, in welcher entsprechend der Anzahl der Gerüstdurchläufe mehrere Walzstiche durchgeführt werden. In Warmwalzwerken unterscheidet man Vorstrasse und Fertigstrasse, wobei in der Vorstrasse die Bramme vorverarbeitet wird, um anschließend in der meist fünf, sechs oder sieben-gerüstigen Fertigstrasse auf ihre Endabmessungen ausgewalzt zu werden.

[0003] Eines der Probleme beim Walzen von Brammen bzw. den daraus entstehenden Bändern ist es, dass das in einer Vorstrasse zu walzende Walzgut einen Dickenverlauf über seine Breite aufweist. Ziel ist es in der Regel, mittels des Walzens Bänder herzustellen, welche einerseits am Ende der Fertigstrasse eine im Wesentlichen symmetrisch zur Bandmitte verlaufende Dicke über die Breite aufweisen, d.h. keilfrei sind, und andererseits eine möglichst geringe Verbiegung über die Länge des Walzgutes aufweisen, d.h. säbelfrei sind.

[0004] Dieses zu erreichen ist jedoch schwierig, sofern ein Walzgut zu walzen ist, welches bereits beim ersten Walzen innerhalb der Warmwalzstrasse keilförmig ausgebildet ist. Die Keiligkeit des Walzguts resultiert in der Regel aus dem Gießprozess und der anschließenden Abkühlung und Weiterverarbeitung, insbesondere Halbierung, der gegossenen Brammen. Soll nun ein keilförmiges Walzgut zu einer Bramme mit im Wesentlichen rechteckigem Querschnitt ausgewalzt werden, so kommt es aufgrund der Volumenerhaltung auf der "dicken" Seite der Bramme zu einem stärkeren Materialfluss, insbesondere Längsfluss, als auf der "dünnen" Seite der Bramme. Folge dieses unterschiedlichen Materialflusses in Längsrichtung des Walzgutes ist die Ausbildung einer Säbelform bzw. eines Säbels. Ein säbelförmiges Walzgut kann, abhängig von der Ausprägung des Säbels, zu Schwierigkeiten bei einer nachfolgenden Verarbeitung des Walzguts führen. Die Ausbildung des Säbels kann derart stark sein, dass eine Weiterverarbeitung des Walzgutes unmöglich ist.

[0005] Zur Behandlung eines Keiles bzw. einer Säbelform eines Walzguts in einer Walzstraße sind verschiedene Methoden bekannt. Diese Methoden beruhen meistens auf einer asymmetrischen Zugverteilung am Walzspalt, wobei eine Kraft quer zur Walzrichtung erzeugt wird.

[0006] Weiterhin sind positionsgeregelte Bearbeitungsaggregate zum Aufbringen einer Querkraft bekannt, beispielsweise Seitenführungen wie in der W02006/119984 beschrieben oder vertikale Gerüste (sogenannte Edger) zur Breitensteuerung.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung der Geometrie eines Walzguts, insbesondere bei der Bearbeitung asymmetrischer Walzgüter, zu ermöglichen.

[0008] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur gezielten Beeinflussung der Geometrie eines Walzguts, insbesondere eines Vorbands, wobei das Walzgut von einem Anfangszustand durch Walzen mit Hilfe eines Walzgerüsts, insbesondere eines Vorgerüsts, mittels wenigstens eines Bearbeitungsaggregats in einen Zwischen- oder Endzustand überführt wird und wobei das wenigstens eine Bearbeitungsaggregat auf Grundlage einer Sollkraft kraftgeregelt betrieben wird.

[0009] Unter Bearbeitungsaggregat wird hierbei insbesondere ein Vertikalgerüst (Edger), eine Seitenführung oder eine Querkraftvorrichtung im Sinne der Patentanmeldung "Seitenführung für eine Walzstraße" mit dem Anmeldeaktenzeichen 12168684.4, eingereicht am 21.05.2012, verstanden.

[0010] Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass einem asymmetrischen Verlauf des Walzguts mittels einer geeignet gewählten Kraft, mit der das Bearbeitungsaggregat auf das Walzgut wirkt, besonders erfolgreich entgegengewirkt werden kann. Diese Kraft ist durch die Sollkraft definiert, dabei ist die Sollkraft eine konstante Kraft oder alternativ ein über die Zeit veränderlicher Kraftverlauf. Die bisher angewendete Positionsregelung des wenigstens einen Bearbeitungsaggregats ist dabei ungeeignet zum Betrieb des Bearbeitungsaggregats. Stattdessen übt das Bearbeitungsaggregat durch die Kraftreglung eine definierte Querkraft auf das Walzgut aus, die die Krümmung des Materials beeinflusst. Somit wird ermöglicht, dass mittels der Kraftregelung des wenigstens einen Bearbeitungsaggregats ein hinsichtlich seiner Dicke und/oder Breite asymmetrisches Walzgut bearbeitet wird, so dass die Asymmetrie beseitigt oder zumindest größtenteils reduziert wird. Die Kraftregelung kann zudem mit unterlagerten Positionsregelung erfolgen, d.h. die Position wird in einem zweiten, überlagerten Regelkreis verwendet, um die Sollkraft zu regeln. Derartige Kaskadenregelungen sind dem Fachmann bekannt.

[0011] Sind, in einer Walzrichtung betrachtet, beidseitig des Walzguts zwei Bearbeitungsaggregate vorgesehen, so wird vorzugsweise ein Bearbeitungsaggregat kraftgeregelt und das andere Bearbeitungsaggregat positionsgeregelt betrieben. Bevorzugt wird dabei das positionsgeregelte Bearbeitungsaggregat derart dem kraftgeregelten Bearbeitungsaggregat nachgeführt, dass ein Mittelpunkt zwischen den beiden Bearbeitungsaggregaten stets in einer vorgegebenen Position bleibt. Wird die aufzubringende Sollkraft überschätzt, kann es bei einer reinen Kraftkontrolle zu einer ungewollten Verkrümmung des Materials des Walzguts kommen, bei der die Säbeligkeit ihre Richtung ändert. Um dies zu vermeiden, wird das positionsgeregelte Bearbeitungsaggregat näher an das Walzgut verfahren und nimmt die zu hohe Kraft des kraftgeregelten Bearbeitungsaggregats auf. Die Nachführung des positionsgeregelten Bearbeitungsaggregats wird regelungstechnisch umgesetzt, indem der Mittelpunkt zwischen den beiden Bearbeitungsaggregaten nicht verschoben wird, sondern insbesondere stets an der gleichen Stelle bleibt. Der Mittelpunkt zwischen den beiden Bearbeitungsaggregaten weicht dabei zweckdienlicherweise von einer Mittellinie des Walzgerüsts ab, er kann jedoch auch auf der Mittellinie des Walzgerüsts liegen.

[0012] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante werden für die Regelung der Bearbeitungsaggregate der Mittelpunkt zwischen den Bearbeitungsaggregaten sowie ein Abstand zwischen den Bearbeitungsaggregaten herangezogen. Bevorzugt wird der Mittelpunkt zwischen den Bearbeitungsaggregaten vorgegeben und die Kraftregelung eines der Bearbeitungsaggregate erfolgt über die Einstellung des Abstands zwischen den Bearbeitungsaggregaten. Diese Art der Kraftregelung, bei der der Mittelpunkt und der Abstand zwischen den beiden Bearbeitungsaggregaten die Regelgrößen sind, ist besonders einfach umsetzbar. Da der Mittelpunkt insbesondere konstant bleibt, wird zum Erzeugen der gewünschten Sollkraft lediglich der Abstand zwischen den beiden Bearbeitungsaggregaten verändert. Wenn sich dabei das kraftgeregelte Bearbeitungsaggregat verschiebt, wird das positionsgeregelte Bearbeitungsaggregat nachgeführt, um eine eventuell viel zu hohe Sollkraft zu kompensieren.

[0013] Wenn sich noch kein Material im Bereich des Bearbeitungsaggregats befindet, kann auch die Kraftregelung nicht durchgeführt werden. Daher wird bevorzugt das wenigstens eine Bearbeitungsaggregat zunächst positionsgeregelt an das Walzgut herangefahren und beim Erreichen der Sollkraft durch die auf das Bearbeitungsaggregat wirkende Reaktionskraft wird auf die Kraftregelung umgeschaltet. Bei zwei parallelen, beidseitig des Walzguts positionierten Bearbeitungsaggregaten bedeutet dies, dass zunächst der Abstand zwischen den Bearbeitungsaggregate positionsgeregelt verkleinert wird. Beim Verfahren der Bearbeitungsaggregate aufeinander zu wächst auch die Reaktionskraft, die das Walzgut auf die Bearbeitungsaggregate ausübt. Wenn die Reaktionskraft, die auf das Bearbeitungsaggregat auf der "dünnen" Seite des Walzguts bzw. auf der Seite mit dem geringeren Materialfluss wirkt, die Sollkraft erreicht hat, dann wird die Positionsregelung dieses Bearbeitungsaggregates auf Kraftregelung umgeschaltet, so dass die oben beschriebenen Vorgänge durchgeführt werden.

[0014] Nach einer bevorzugten Ausführung wird die Keiligkeit und/oder die Säbeligkeit des Walzguts, insbesondere im Anfangszustand, gemessen und auf dieser Grundlage wird die Sollkraft für die Kraftregelung bestimmt. Wenn die Sollkraft bestimmt ist und der Mittelpunkt bekannt ist, wird der Abstand zwischen den Bearbeitungsaggregaten berechnet und als Regelgröße den Bearbeitungsaggregaten zugeführt.

[0015] Im Laufe des Walzvorgangs kann sich die Geometrie des Walzguts derart ändern, dass der Keil oder die Säbeligkeit ihre Seite bzw. Richtung ändern. Vorteilhafterweise erfolgt bei einer derartigen Änderung der Position der Keiligkeit und/oder der Richtung der Säbeligkeit des Walzguts ein Wechsel zwischen dem kraftgeregelten und dem positionsgeregelten Bearbeitungsaggregat. Dies bedeutet, dass wenn die Säbelform während des Walzvorgangs ihre Richtung wechselt, das zuvor kraftgeregelte Bearbeitungsaggregat ab dem Wendepunkt positionsgeregelt betrieben wird und das zuvor positionsgeregelte Bearbeitungsaggregat nun kraftgeregelt betrieben wird.

[0016] Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur gezielten Beeinflussung der Geometrie eines Walzguts, mit einem maschinenlesbaren Programmcode, welcher Steuerbefehle und/oder Regelbefehle enthält, die die Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einer der obigen Ausführungen veranlassen.

[0017] Die Aufgabe wird darüber hinaus erfindungsgemäß gelöst durch einen maschinenlesbaren Programmcode für eine Steuer-und/oder Regeleinrichtung zur gezielten Beeinflussung der Geometrie eines Walzguts, welcher Steuerbefehle und/oder Regelbefehle enthält, die die Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einer der obigen Ausführungen veranlassen.

[0018] Schließlich wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen Datenträger mit einem darauf gespeicherten derartigen maschinenlesbaren Programmcode.

[0019] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen schematisch und stark vereinfacht:

FIG 1

eine erste Draufsicht auf ein Walzgerüst mit zwei seitlichen Bearbeitungsaggregaten, und

FIG 2

eine zweite Draufsicht auf ein Walzgerüst mit zwei seitlichen Bearbeitungsaggregaten

[0020] Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.

[0021] In FIG 1 und FIG 2 ist ein horizontales Walzgerüst 2, insbesondere ein Vorgerüst, gezeigt, mit dessen Hilfe ein Walzgut 4, insbesondere ein Vorband, gewalzt wird, so dass das Walzgut 4 von einem Anfangszustand in einen Zwischen- oder Endzustand überführt wird. Das Walzgerüst 2 weist eine Antriebsseite DS und eine Bedienseite OS auf.

[0022] Dem Walzgerüst 2 sind zudem zwei Bearbeitungsaggregate 6, 8 zugeordnet, die beidseitig dem Walzgut 4 positioniert sind, wie aus FIG 2 ersichtlich. In FIG 1 wird mit S der Abstand zwischen den Bearbeitungsaggregaten 6, 8 bezeichnet. In FIG 1 sind zudem eine Mittellinie 10 des Walzgerüsts 2, eine Mittellinie 12 zwischen den Bearbeitungsaggregaten 6, 8, sowie ein Mittelpunkt 14 zwischen den Bearbeitungsaggregaten 6, 8, der auf der Mittellinie 12 liegt, gezeigt. Mit Δs wird zudem ein Offset zwischen den beiden Mittellinien 10 und 12 bezeichnet.

[0023] Das Walzgerüst 2 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel insbesondere reversibel betrieben, so dass das Walzgut 4 im Betrieb seine Walzrichtung 16 mehrmals ändert.

[0024] In der in FIG 2 gezeigten Situation sind die Bearbeitungsaggregate 6, 8 in Walzrichtung 16 dem Walzgerüst 2 nachgeordnet. Die Funktion der Bearbeitungsaggregate 6, 8 ist, eine asymmetrische Geometrie des gewalzten Walzguts 4 zu unterdrücken. Hierfür ist vorgesehen, dass bei der Detektion einer Keiligkeit und/oder einer Säbeligkeit des Walzguts 4 eines der Bearbeitungsaggregate 6, 8 (im Ausführungsbeispiel gemäß FIG 2 das Bearbeitungsaggregat 6) kraftgeregelt betrieben wird, was durch das Sollkraft-Signal F angedeutet ist. Gleichzeitig wird das zweite Bearbeitungsaggregat 8 positionsgeregelt betrieben, angedeutet durch das Positionssignal P. die Regelung beider Bearbeitungsaggregate 6, 8 übernimmt eine Regeleinrichtung 18, die in FIG 2 symbolisch dargestellt ist.

[0025] Das kraftgeregelte Bearbeitungsaggregat 6 wirkt mit einer Sollkraft F, welche auf Grundlage der Geometrie des Walzguts 4 bestimmt wird, dem Keil bzw. der Säbelform entgegen. In FIG 2 kontaktiert lediglich das Bearbeitungsaggregat 6 das Walzgut 4, das zweite Bearbeitungsaggregat 8 ist auf Abstand zum Walzgut 4 verfahren.

[0026] Vorteilhafterweise werden die beiden Bearbeitungsaggregate 6, 8 jedoch so eingestellt, dass das positionsgeregelte Bearbeitungsaggregat 8 dem kraftgeregelten Bearbeitungsaggregat 6 nachgeführt wird, wobei der Offset Δs konstant bleibt. Auf diese Weise wird eine dem Verfahren bzw. der Regelung zur Reduzierung der Bandkrümmung vorgegeben, aber zu groß gewählte Sollkraft F, die zu einer ungewollten Längskrümmung des Walzguts 4 führen kann, kompensiert. Für die regelungstechnische Umsetzung bedeutet dies, dass der Mittelpunkt 14 vorgegeben wird und lediglich der S Abstand zwischen den Bearbeitungsaggregaten 6, 8 verändert wird, um die Sollkraft F zu erreichen und zu erhalten, solange notwendig ist. Für die Verarbeitung des Walzguts wird dabei insbesondere ein Verfahren zur Einstellung einer bestimmten Säbeligkeit gemäß W02009/016086 eingesetzt.

Ansprüche

1. Verfahren zur gezielten Beeinflussung der Geometrie eines Walzguts (4), wobei das Walzgut (4) von einem Anfangszustand durch Walzen mit Hilfe eines Walzgerüsts (2) mittels wenigstens eines Bearbeitungsaggregats (6) in einen Zwischen- oder Endzustand überführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Bearbeitungsaggregat (6) auf Grundlage einer Sollkraft (F) kraftgeregelt betrieben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig des Walzguts (4) zwei Bearbeitungsaggregate (6, 8) vorgesehen sind, wobei ein Bearbeitungsaggregat (6) kraftgeregelt und das andere Bearbeitungsaggregat (8) positionsgeregelt betrieben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das positionsgeregelte Bearbeitungsaggregat (8) derart dem kraftgeregelten Bearbeitungsaggregat nachgeführt wird, dass ein Mittelpunkt (14) zwischen den beiden Bearbeitungsaggregaten (6, 8) stets in einer vorgegebenen Position bleibt.

4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass für die Regelung der Bearbeitungsaggregate (6, 8) der Mittelpunkt (14) zwischen den Bearbeitungsaggregaten (6, 8) sowie ein Abstand (S) zwischen den Bearbeitungsaggregaten (6, 8) herangezogen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt (14) zwischen den Bearbeitungsaggregaten (6, 8) vorgegeben wird und die Kraftregelung eines der Bearbeitungsaggregate (6) über die Einstellung des Abstands (S) zwischen den Bearbeitungsaggregaten (6, 8) erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt (14) von einer Mittellinie (10) des Walzgerüsts (2) abweicht.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Bearbeitungsaggregat (6) zunächst positionsgeregelt an das Walzgut (4) herangefahren wird und beim Erreichen der Sollkraft (K) durch die auf das Bearbeitungsaggregat wirkende Reaktionskraft auf die Kraftregelung umgeschaltet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Keiligkeit und/oder eine Säbeligkeit des Walzguts (4) gemessen wird und auf dieser Grundlage die Sollkraft (F) für die Kraftregelung bestimmt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass bei Änderung der Position der Keiligkeit und/oder der Richtung der Säbeligkeit des Walzguts (4) ein Wechsel zwischen dem kraftgeregelten und dem positionsgeregelten Bearbeitungsaggregat (6, 8) erfolgt.

10. Steuer- und/oder Regeleinrichtung (18) zur gezielten Beeinflussung der Geometrie eines Walzguts (4), mit einem maschinenlesbaren Programmcode, welcher Steuerbefehle und/oder Regelbefehle enthält, die die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (18) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 veranlassen.

11. Maschinenlesbarer Programmcode für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (18) zur gezielten Beeinflussung der Geometrie eines Walzguts, welcher Steuerbefehle und/oder Regelbefehle enthält, die die Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 veranlassen.

12. Datenträger mit einem darauf gespeicherten maschinenlesbaren Programmcode gemäß Anspruch 11.

Zeichnung