Verfahren zum Kaltwalzen von Blechen und Bändern

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeichneten Art.

[0002] Die Planheit der kaltgewalzten Bleche und Bänder kann in unterschiedlicher Weise gestört sein. So zeigen sich beispielsweise Bandsäbel, lange Bandmitte, kurze Bandkanten, lange Bandseiten, Kantenwellen, örtliche Wellenbahnen und kurze Bandfasern sowie das kombinierte Auftreten verschiedener Planheitsfehler, wie übersichtlich in Bild 1 der Veröffentlichung von E. Neuschütz in dem Buch "Walzen von Flachprodukten", Informationsgesellschaft-Verlag, 1987, Seiten 7 bis 26, dargestellt ist. Die Ursache für derartige Planheitsfehler sind die nicht passende Anstellung der Walzen, ein nicht geeigneter Walzenschliff, ein Walzenverschleiß, Temperaturunterschiede über die Ballenbreite der Walzen, Härteunterschiede im Band und das Einbettungsverhalten des Bandes an den Bandkanten.

[0003] Durch gezielte Einwirkung auf entsprechende Stellglieder des Walzwerkes kann den Planheitsfehlern entgegengewirkt werden, wobei sich Regelkreise mit der Planheit als Regelgröße verwirklichen lassen. So sieht beispielsweise der Stand der Technik nach der JP-A 62 214 814, von dem die Erfindung ausgeht, vor, zur Regelung der Zugspannungsverteilung beim Kaltwalzen von Bändern auf Grund von Messungen der Zugspannungsverteilung die Stellglieder für den Walzspalt zu positionieren. Hierbei bleiben jedoch noch zahlreiche Planheitsfehler unberücksichtigt, die sich durch die Einwirkung auf weitere Stellglieder beheben lassen.

[0004] Insgesamt hat man bei einem neuzeitlichen Sechswalzengerüst bis zu acht Stellmöglichkeiten, um die Planheit der Lage des Bandes sicherzustellen. Beispielsweise zählen zu den Stellmöglichkeiten das Verschwenken der Walzen, das Biegen der Walzen durch Kräfte am Walzenballen, eine achsiale Verschiebung der Walzen, z.B. der sogenannten Zwischenwalzen oder durch Arbeitswalzen mit verschiedenen Konturen, das Verschränken der Walzen sowie die Beeinflussung der Walzenbombierung durch Kühlung bzw. Erwärmung einerseits oder durch Innendruck von Hohlwalzen andererseits. Diese Stellglieder haben ein unterschiedliches Zeitverhalten, auf Grund dessen sie ihre Vorgabewerte in unterschiedlicher Zeit zu erreichen vermögen. Beispielsweise läßt sich die Durchbiegung der Walzen nahezu trägheitsfrei vornehmen, so daß keine Geschwindigkeitsabhängigkeit besteht, während eine Axialverschiebung von Arbeitswalzen oder von Stützwalzen geschwindigkeitsabhängig ist, weil es nicht bei stehenden Walzen ausgeführt werden kann. Somit können sich nicht mehr ausgleichbare Abweichungen mit entsprechenden Störungen ergeben.

[0005] Bei einer Satinierpresse, wie sie nach der DE-A 35 17 405 für die Oberflächenbehandlung von Stoffbahnen, wie bei Papier, wird ein Walzkalander mit oberen und unteren Walzen versehen, von denen der oberen Ausgleichswalze sowie der unteren Stützwalze Ausgangskreise zugeordnet werden. Die Rückführungen werden auf ihre Höhe überwacht, und das sich am langsamsten ändernde Signal sowie das sich am schnellsten ändernde Signal der Rückführung ausgewählt, und danach einer Abbremsung derart unterliegt, daß der Walzkalander gleichmäßig belastet wird und dadurch die Papierqualität verbessert und das Laufwerk gleichmäßiger belastet wird. Lösungen ähnlicher Probleme auf dem Gebiete des Kaltwalzens von Stahlblechen werden im Zusammenhang mit dieser Entwicklung jedoch nicht angesprochen.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Fehlregelungen und Störungen des Walzprozesses auf Grund unterschiedlichen Zeitverhaltens der Stellglieder des Walzwerkes herabzusetzen.

[0007] Diese Aufgabenstellung löst die Erfindung durch die in Patentanspruch 1 gemachten Vorschläge.

[0008] Somit gelangen die Stellglieder mit aneinander angepaßter Geschwindigkeit zu Verstellung, bei welcher wenigstens teilweise verhältnisgleiche Verstellwege dazu führen, daß die Stellglieder gleichzeitig ihren vorgegebenen Wert erreichen.

[0009] In vorteilhafter Ausführung der Erfindung wird eine Minimierung der Soll/Ist-Abweichung nach der Fehlerquadratmethode vorgenommen.

[0010] Man kann das Ergebnis noch dadurch verbessern, daß zwischen Bandmitte und Bandrand sogenannte Wichtungsfaktoren bei der Einwirkung auf die Stellglieder gebildet werden.

[0011] Im Ergebnis werden die Stellglieder in ihrer Kombination somit mit der Maßgabe verstellt, daß das Verhältnis der Verstellung auch während der Verstellung konstant bleiben. Minimiert wird mithin die Funktion:


   Darin sind

X_i:

Koordinate in Bandbreitenrichtung

Δσ_i:

Soll-Ist-Abweichung der Spannungsverteilung an der Stelle X_i

V₁, V_2:

Verstellung der Stellglieder 1, 2......

P₁, P_2:

Einflußfaktoren der Stellglieder 1,2 usw. an der Stelle X_i

g_i:

Wichtungsfaktor der Soll-Ist-Abweichung an der Stelle X_i

Durch die Wichtungsfaktoren g_i ist es möglich, die Soll-Ist-Abweichungen über der Bandbreite unterschiedlich zu bewerten. So können z. B. die Abweichungen an den Bandkanten höher bewertet werden als die Abweichungen im Bandmittenbereich.

[0012] Die Einflußfunktionen P₁(x_i), P₂(x_i), .... der Stellglieder können beliebige Funktionen sein.

[0013] Durch die Minimierung der Funktion F erhält man die unbekannten Verstellwege V₁, V₂, .... .

[0014] Um sicherzustellen, daß das Verhältnis der errechneten Verstellbeträge V₁, V₂, .... konstant bleibt, ist zu prüfen, ob bei der Ausführung der Verstellung die Stellgrenzen einzelner Stellglieder überschritten bzw. erreicht werden. Dazu wird für alle Stellglieder das Verhältnis von möglichem und errechnetem Verstellweg bestimmt. Die errechneten Verstellwege werden dann mit dem kleinsten ermittelten Verhältniswert multipliziert, wie noch näher beschrieben wird.

[0015] Die sich ergebenden Verstellbeträge werden so ausgeführt, daß das Verhältnis der errechneten Verstellwege V₁, V₂, .... auch während der Verstellung konstant bleibt. Damit werden kritische Spannungsverteilungen im Band und Störungen des Walzprozesses vermieden.

[0016] Die Einflußfaktoren P₁, P₂...sind grundsätzlich dem Fachmann geläufig. Die Wirkungen der Stellglieder ergeben sich in Abhängigkeit vom jeweiligen Stellweg. Da die Konstruktionen von Gerüsttyp zu Gerüsttyp verschieden sind, ist es erforderlich, diese Wirkungen experimentell zu erfassen, indem sie einzeln empirisch untersucht werden. Wenn eine derartige Wirkungsfunktion einmal erfaßt ist , läßt sie sich vorgeben, um in einem Rechner eine vorgesehene Stellung einzunehmen.

[0017] Aus der bisher dargestellten Erfindung ergibt sich, daß das langsamste Stellglied die Zeit vorgibt, innerhalb welcher die übrigen Stellglieder ihre Funktionen zu erfüllen haben. Dadurch bleibt das Verhältnis der errechneten Stellwege auch während der Verstellung gleich.

[0018] Die jedem Stellglied zugeordneten Stellbereiche können insbesondere in Wegeeinheiten definiert sein. Wenn zur Istposition eines Stellgliedes die errechnete Verstellung hinzu addiert wird, kann dies dazu führen, daß eine außerhalb des Stellbereiches liegende Sollposition erreicht wird. Demgegenüber reicht der mögliche Verstellweg lediglich von der Istposition bis zur Bereichsgrenze des Stellgliedes. Deshalb wird erfindungsgemäß für alle Stellglieder nur das Verhältnis vom möglichen Verstellwert zum errechneten Verstellwert gebildet. Mit dem kleinsten Verhältniswert werden die übrigen Verhältniswerte der anderen Stellglieder multipliziert, einschließlich des Stellgliedes, welches den kleinsten Weg besitzt. Dies stellt sicher, daß das Verhältnis der errechneten Verstellwege bei den einzelnen Stellgliedern untereinander auch dann erhalten bleibt, wenn ein einzelnes Stellglied seine Bereichsgrenze erreicht hat.

[0019] Für das bisher beschriebene Vorgehen ist das langsamste Stellglied maßgeblich, so daß verhältnismäßig lange Verstellzeiten notwendig sind, um ein Ergebnis zu erzielen. Die Totzeiten würden entsprechend ausgedehnt sein. Um dies wiederum zu reduzierren, findet eine Modifikation der Erfindung gemäß dem Anspruch 5 Anwendung. Demnach läßt sich die Minimierung in zwei Schritten vornehmen, wobei der erste Schritt die schnelleren Stellglieder umfaßt. Auf Grund dieser Vorgabewerte werden zunächst die Stellwege berechnet, die von den schnellen Stellgliedern unter Berücksichtigung der Restriktionen gefahren werden können. Dieses Rechenergebnis ist dann maßgeblich, um mit den langsameren Gliedern eine weitere Berechnung durchzuführen. Die langsamen Glieder sind also bei der ersten Berechnung noch unberücksichtigt geblieben. Für die Berechnung der langsameren Stellglieder wird eine zahlenmäßige Abweichung vorgegeben, die nicht mit der gemessenen übereinstimmt, sondern mit derjenigen, die sich auf Grund der Berechnung mit den schnellsten Stellgliedern ergeben hat. Damit wird die Wirkung der schnellen Stellglieder schon berücksichtigt, wenn die langsamen Stellglieder berechnet werden.

[0020] Die vorerwähnte Ausführungsform der Erfindung bezieht sich also nicht auf die gesamte Verstellzeit, sondern nur auf einen Teil derselben, wie dies nach dem Grundprinzip der Erfindung zulässig ist. Der Vorteil besteht darin, daß bereits mit den schnellen Stellgliedern operiert werden kann, um Planheitsstörungen nach Möglichkeit zu beheben. Der nächste Abschnitt des Stellweges der schnelleren Glieder wird indes dann mit einer anderen Geschwindigkeit zurückgelegt, die sich ergibt, indem man die Kombination auf die langsameren Stellglieder in der vorgeschlagenen Weise ausdehnt. Somit führen auch gemäß der Ausführungsform der Erfindung sämtliche Stellglieder ihre Stellwege in einer übereinstimmenden Zeit aus. Die vorgesehene Minimierung findet in diesem Falle gruppenweise statt, wobei schnelle und langsame Stellglieder unterschiedliche Gruppen bilden.

[0021] Zur weitergehenden Veranschaulichung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. Darin zeigen:

Figur 1

ein Walzgerüst mit einem Regelkreis der Art, auf den sich die Erfindung bezieht,

Figur 2

die Längenverteilung über die Breite x bei einer sogenannten langen Bandmitte und bei sogenannten Kantenwellen,

Figur 3

die alleinige Wirkung des Stellgliedes "Walzendurchbiegung",

Figur 4

die gemeinschaftliche Wirkung der Stellglieder "Walzendurchbiegung" und "Achsialverschiebung der Walzen,

Figur 5

die alleinige Wirkung des Stellgliedes "Achsialverschiebung" der Walzen.

[0022] Bei dem erfindungsgemäß zu gestaltenden Regelkreis ist nach Figur 1 ein reversierendes 20-Walzengerüst derart mit einer größeren Anzahl von Stellgliedern der beschriebenen Art zu regeln, daß ein Band mit ausgesteuerten Längenunterschieden Δ L/L gewalzt werden kann. Man erkennt, daß auf die Stützrollen 2 in achsialen Abständen angeordnete Stellglieder 3 sowie ein auf die achsiale Lage von Konuswalzen 4 einwirkendes Stellglied 5 vorgesehen sind. Ein Regler 6 ermittelt auf Grund der von der Umlenkmeßrolle 7 erfaßten Druckwerte 8 die Vorgabewerte, mit denen das Stellglied 5 einerseits und die Stellglieder 4 andererseits anzutreiben sind, um die bestehenden Fehler sowohl in der Bandmitte als auch an den Bandkanten auszuschalten. In der Praxis kann es sich auch um wesentlich mehr Sensoren einerseits und Stellglieder andererseits handeln, wie beschrieben wirde. Das Ergebnis der Messung erlaubt eine differenzierte Auswertung, so daß man Bandstörungen auf den Bildschirmen 9 und 10 darstellen kann.

[0023] Für die gemäß Figur 2 verhandenen langen Bandmitten und Kantenwellen erlaubt die Erfindung in der vorgeschlagenen Weise eine Behebung. Zur Veranschaulichung zeigt Figur 3 zunächst, welches Ergebnis ein lediglich durch Veränderung der Walzenbiegung einwirkendes Stellglied 11 haben würde. Man erkennt, daß die lange Bandmitte 12 der Figur 2 bis auf eine tragbare Abweichung gemäß der Kurve 13 in Figur 3 behebbar ist. Im Zusammenhang hiermit werden jedoch die Kantenwellen 14, die nach Figur 2 deutlich randseitig in Erscheinung treten, nicht nur nicht behoben, sondern sogar noch stärker, wie dies die randseitigen Kurvenverläufe 15 bei Figur 3 zeigen.

[0024] Würde man nun entsprechend Figur 5 die achsial einwirkenden Stellglieder 16 ansteuern, indem die Konuswalzen achsial verschoben werden, so lassen sich zwar die randseitigen Kantenwellen 14 nach Figur 2 in der Art weitgehend beheben, daß nur noch tolerierbare Abweichungen 18 gemäß Figur 5 verbleiben. Unverändert bleibt hierbei aber die ansgesprochene Bandmitte 12 der Figur 2 erhalten, indem sie in Figur 5 praktisch gleichartig auftritt.

[0025] Die Erfindung lehrt nun gemäß Figur 4, die Stellglieder 11 und 16 gleichzeitig in Funktion treten zu lassen. Sofern man dies in nun üblicher Weise machen würde, bestünde die Gefahr, mehr oder weniger Ergebnisse der Art zu erhalten, wie sie in Figur 3 oder Figur 5 wiedergegeben sind. Ursächlich hierfür ist, daß jedes Stellglied seine eigene Geschwindigkeit besitzt, in der es seinen vorgegebenen Sollwert annimmt.

[0026] Hier greift nun die Erfindung ein, indem ihre Geschwindigkeiten während der Verstellzeit berücksichtigt werden. Die Geschwindigkeiten lassen sich zuvor problemlos unter Betriebsbedingungen messen, so daß für jedes Stellglied ein bestimmter Geschwindigkeitswert vorliegt. Wenn man annimmt, die auf diese Weise gemessene Stellgeschwindigkeit sei beim Stellglied 11 doppelt so hoch wie die beim Stellglied 16, so würde normalerweise das Stellglied 11 seinen Vorgabewert in der Hälfte der Zeit zurücklegen, in welcher das Stellglied 16 seine vorgegebene Stellung erreicht haben würde. Im Ergebnis würden also nicht mehrere Bandstörungen gleichzeitig behoben werden können. Erfindungsgemäß wird nunmehr für den Antrieb des schnelleren Stellgliedes 11 die Geschwindigkeit gedrosselt, so daß es seinen Stellwert unter betrieblichen Bedingungen zur gleichen Zeit erreichen würde, zu der das langsamere Stellglied 16 diese Position eingenommen hätte. Es kommt also darauf an, für dieses eine Stellglied eine Geschwindigkeitsdrosselung nach Maßgabe eines langsameren Stellgliedes vorzunehmen.

[0027] Man kann in der Praxis inkremental prüfen, ob die Stellwerte in der vorgesehenen Weise auch ihre jeweiligen Positionen erreichen, um fallweise einen zu schnellen Antrieb zu blockieren. Jedoch läßt sich auch bei schnelleren Stellgliedern durch eine bleibende Dämpfung die Geschwindigkeit herabsetzen, indem beispielsweise ein elektrisch betriebenes Stellglied mit geringerer Stromstärke betrieben wird.

Ansprüche

1. Verfahren zum Kaltwalzen von Blechen und Bändern, wobei Meßwerte, welche die Planheit kennzeichnen, insbesondere die Zugspannungsverteilung, auf der Austrittsseite eines Walzgerüstes gebildet und in Abhängigkeit hiervon Stellglieder (3, 5, 11, 16) des Walzwerkes betätigt werden, die wenigstens einem Regelkreis (6) für die Planheit der gewalzten Bleche und Bänder angehören,
dadurch gekennzeichnet,
   daß die Stellglieder des oder der Regelkreise mit derart einander angepaßten Geschwindigkeiten verstellt werden, daß während wenigstens eines Teils der Verstellzeit das Verhältnis der Verstellwege der beteiligten Stellglieder mit der Maßgabe konstant bleiben, daß alle Stellglieder ihren Sollwert gleichzeitig erreichen.
   und daß die Stellwege derart konstant gehalten werden, daß das Verhältnis vom möglichen Verstellweg zum vorgegebenen Verstellweg gebildet wird,
   und daß die vorgegebenen Verstellwege daraufhin mit dem Kleinsten der Verhähltniswerte multipliziert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
   daß die für die Stellglieder vorzugebenden Stellwege aufgrund der Minimierung der Summe der Quadrate der Differenzen gebildet werden, welche sich aus den Soll/Ist-Abweichungen und der Summe der Wirkungen der Stellglieder ergeben.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
   daß die Differenzen zwischen den Soll-Ist-Abweichungen und der Summe der Wirkung der Stellglieder, über die Breite des Bandes gesehen, gewichtet werden, mit der Maßgabe, daß zwischen Bandmitte und Bandrand die Wichtungsfaktoren unterschiedlich gewählt werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
   daß für die Ermittlung der Verstellwege zunächst die Stellglieder mit großen Stellgeschwindigkeiten in einer Gruppe derart berücksichtigt werden, daß deren Verstellung vorab eigeleitet wird,
   während unter Einbeziehung dieser Verstellwege für die Stellglieder mit kleinen Stellgeschwindigkeiten deren Verstellwege ermittelt werden,
   und daß daraufhin alle Stellglieder unter Beibehaltung der Konstanz ihrer Verstellwege eine gemeinschaftliche Verstellung erfahren.

Claims

1. Method for the cold rolling of plate and strip, whereby measured values characterizing flatness, in particular tensile stress distribution, are generated at the exit side of a rolling stand, as a function of which the rolling stand positioning actuators (3, 5, 11, 16) associated with at least one closed-loop control circuit (6) for regulating the flatness of the rolled plate and strip are operated,
characterized in that,
   the positioning actuators of the closed loop control circuit(s) are adjusted at velocities matched to one another in such a way that, during at least one part of the adjustment time, the relationship between the adjustment paths of the positioning actuators involved is kept constant with the intention of having all positioning actuators attain their command value at the same time,
   and that the adjustment paths are kept constant such that the relationship between the possible adjustment path and the pre-selected adjustment path is generated,
   and that the pre-selected adjustment paths are then multiplied by the smallest of the values in the relationship.

2. Method according to Claim 1,
characterized in that,
   the adjustment paths to be pre-selected for the positioning actuators are generated as a result of minimization of the sum of squares of the differences resulting from command/actual value deviations and the sum of the effects of the positioning actuators.

3. Method according to Claims 1 and 2,
characterized in that,
   the differences between the command/actual value deviations and the sum of the effects of the positioning actuators, as seen over the width of the strip, are scaled with the intention of selecting different scaling factors between the strip centre and the strip edge.

4. Method according to Claims 1 to 3,
characterized in that,
   in order to determine the adjustment paths, the positioning actuators with the greatest positioning velocities within one group are taken into account first such that their adjustment is initiated first,
   while, under consideration of these adjustment paths, determining the adjustment paths for the positioning actuators with lower positioning velocities,
   and that, following this, all positioning actuators are adjusted together while maintaining the constancy of their adjustment paths.

Revendications

1. Procédé de laminage à froid de tôles et de feuillards pour lequel des valeurs de mesure caractérisant la planéité, et en particulier l'effort de traction, sont formées à la sortie d'une cage de laminage, valeurs en fonction desquelles sont manoeuvrés des composants de réglage (3, 5, 11, 16) qui font partie au moins d'un circuit de régulation (6) pour la planéité des tôles et des feuillards,
caractérisé en ce que
les composants de réglage du ou des circuit(s) de régulation sont réglés avec des vitesses adaptées les unes aux autres de telle manière que pendant une partie au moins de la période de réglage, le rapport entre les courses de réglage des composants de réglage incriminés reste constant, à la condition que tous les composants de réglage atteignent leur valeur de consigne simultanément,
que les courses de réglage soient maintenues constantes de sorte telle que soit formé le rapport de la course de réglage possible par rapport à la course de réglage prédéterminée,
et que les courses de réglage prédéterminées soient ensuite multipliées par la plus petite des valeurs de rapport.

2. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
les courses de réglage à indiquer pour les composants de réglage sont formées par la minimisation de la somme des carrés des différences résultant des écarts consigne/effectif et de la somme des effets des composants de réglage.

3. Procédé selon les revendications 1 et 2,
caractérisée en ce que
les différences résultant des écarts consigne/effectif et de la somme des effets des composants de réglage sont pondérées sur la totalité de la largeur du feuillard, à la condition que les facteurs de pondération sélectionnés soient différents entre le milieu et le bord du feuillard.

4. Procédé selon les revendications 1 à 3,
caractérisée en ce que
l'on tient tout d'abord compte, pour la détermination de la course de réglage, des composants de réglage à grandes vitesses de déplacement de sorte que leur déplacement soit provoqué d'emblée, que les courses de réglage des composants de réglage à vitesses de réglage inférieures soient déterminées en intégrant les courses de réglage précitées,
et qu'ensuite tous les composants de réglage soient soumis ensemble à un déplacement commun en conservant la constance de leurs courses de réglage.

Zeichnung