DE19844305A1

DE19844305A1 - Kombiniertes Regelungssystem zur Erzeugung bestimmter Produkteigenschaften beim Walzen von Stahlqualitäten im austenitischen, gemischt austenitisch-ferritischen und ferritischen Bereich

Info

Publication number: DE19844305A1
Application number: DE19844305A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Runde; Ulrich Skoda-Dopp
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2000-03-30
Also published as: CA2344194A1; ES2178502T3; ATE222819T1; DE59902485D1; AU1150500A; EP1112129B1; KR20010075183A; EP1112129A1; CN1323248A; WO2000016919A1; BR9913854A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein kombiniertes Regelungssystem zur Erzeugung definierter Produkteigenschaften beim Walzen von Stahlqualitäten im austenitischen, gemischt austenistisch-ferritischen und ferritischen Bereich unter Anwendung eines Messverfahrens zur Ermittlung des Walzspaltes eines Walzenpaares durch Erfassen der absoluten Position der Arbeits- oder Stützwalzen auf der dem Walzspalt abgewandten Seite mittels einer optischen Positionsmessung. Dabei wird relativ zur gemessenen absoluten Position der Walzen mittels längs der Walze nebeneinander angeordneter Sensoren die Oberkante der oberen bzw. Unterkante der unteren Walze jeweils über die Ballenlänge segmentweise erfaßt. Die Meßergebnisse greifen über ein Modell, das neben den Einflüssen der Biege- und Walzenstellsysteme, die Durchbiegungen der Walzen, die Abplattungen zwischen den Walzen, die Abplattung zwischen Arbeitswalze und Walzgut sowie den Verschleiß und die thermische Balligkeit der Walzen berücksichtigt, in eine die Walzspalt- und die Walzgutgeometrie beeinflussende geeignete Regelung ein, die neben der geforderten Absolutdicke das geforderte Dickenprofil und die Planheitskriterien herbeiführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein kombiniertes Regelungssystem zur Erzeugung definierter Produkteigenschaften beim Walzen von Stahlqualitäten im austenitischen, gemischt austenitisch-ferritischen und ferritischen Bereich unter Anwendung eines Messverfahrens zur Ermittlung des Walzspaltes eines Arbeitswalzenpaares durch Erfassen der absoluten Position der Stütz- oder Arbeitswalzen auf der jeweils dem Walzspalt abgewandten Seite mittels optischen Positionsmessung.

Für die Dickenregelung wird seit vielen Jahren das Gaugemeter-Verfahren angewendet. Beim Gaugemeter-Verfahren (Fig. 3) wird angenommen, daß die Festigkeit des Walzgutes (c_mat) im Arbeitsbereich des Walzgerüstes eine lineare Charakteristik hat, d. h. eine größere bzw. kleinere Walzkraft ist, vernachlässigt man die Temperaturkompensation im Arbeitspunkt, ein Maß für eine größere bzw. kleinere Stichabnahme im Walzspalt.

Eine Weiterentwicklung ist das so genannte OGC-Verfahren, das eine genauere Dickenregelung erlaubt. Bei diesem Verfahren wird die Auslenkung von Positionsgebern gemessen, die mit der Walzspaltöffnung direkt korrelieren, so daß man einen der Walzgutdicke entsprechenden Wert erhält. Bei einem Quarto- oder Sextogerüst kann dies die Auffederung bzw. Positionsänderung der Stützwalze sein, die direkt gemessen wird. Eine entsprechendes Meßsystem ist in dem deutschen Patent 42 03 469 beschrieben.

Unter Berücksichtigung der Walzendurchbiegungen, den Abplattungen zwischen den Walzen, der Abplattung zwischen Walze und Walzgut sowie des Grundschliffes, des Verschleißes und der thermischen Balligkeit der Walzen kann mit diesem System eine genauere Dickenregelung erfolgen als bisher nach dem Gaugemeterprinzip. Eine Profil-, Planheits- und Konturregelung ist jedoch mit dem bekannten System nicht möglich, hierzu sind zahlreiche andere Systeme und Verfahren bekannt, wie z. B.:

- Arbeitswalzen mit einem bestimmten Grundschliff (symmetrisch/asymmetrisch)
- Verschieben der Arbeitswalzen in axialer Richtung
- Biegen der Arbeitswalzen in vertikaler Richtung
- Schleifen der Arbeitswalzen während des Walzprozesses
- Arbeitswalzen mit bestimmter Winkelstellung zur Walzrichtung (crossing)
- kontrollierte Arbeitswalzenkühlung
- Stützwalzen mit bestimmtem Walzenprofil.

Für die Regelung der Walztemperaturen ist ein weiterer Regelkreis erforderlich. Das Ansteuern einer bestimmten Walztemperatur ist eine wichtige Voraussetzung für den Erhalt eines bestimmten Gefüges und somit für das Erreichen gewünschter mechanischer Eigenschaften des Walzgutes. So wird z. B. in einer kontinuierlichen Walzstraße bei gegebener Stichabnahmeverteilung mittels Regelung der Walzgeschwindigkeit sowie der Zwischengerüstkühlung die Endwalztemperatur auf den gewünschten Wert eingestellt. In einer Reversierstraße werden bestimmte Walztemperaturen u. a. durch Kühlungsphasen zwischen den Walzstichen erreicht.

Bisher sind Dicken-, Temperatur- und Profil-, Planheits- sowie Konturreglung getrennte Regelkreise. Nachteiligerweise beeinflussen sich diese einzelnen Regelkreise gegenseitig und -je nach Vorgabe der Prioritäten- werden bestimmte Zielgrößen nicht optimal erreicht.

Gerade beim Walzen einiger Stahlqualitäten im Temperaturbereich unterhalb des Austenitgebietes ergeben sich z. B. für die Dickenreglung große Probleme; denn, wie schon oben erwähnt, baut das Gaugemeter-Verfahren auf einer linearen Walzkraftcharakteristik auf. Es ist aber bekannt, daß bei verschiedenen Stählen unterhalb des Austenitgebietes eine Charakteristik der Fließspannung des Walzgutes vorliegt, die in diesem Temperaturbereich einen nichtlinearen Verlauf hat (Fig. 4). In diesem Bereich bedeutet Walzkraftabfall deshalb nicht immer eine geringere Stichabnahme im Walzspalt, d. h. der Zusammenhang zwischen Walzkraft- und Dickenänderung ist nicht mehr eindeutig gegeben. Auch beim sog. "Flying Gauge Change" (Fig. 5), wo sich die Auslaufdicke innerhalb einer möglichst kurzen Zeit ändert, kann das Gaugemeter-Verfahren nicht angewendet werden, da sich einige den Walzprozeß bestimmende Einflußgrößen (z. B. Walzengeschwindigkeit, Walzkraft, Auslaufdicke) ändern, was durch das Gaugemeterverfahren nicht genau nachgebildet werden kann wird. Auch beim Walzen in einer Dünnband- Giesswalzanlage funktioniert das Gaugemeter-Verfahren nur bedingt. Denn aufgrund des Giessprozesses können Dicken- und Temperaturschwankungen im Walzgut auftreten, die den Arbeitsbereich einer herkömmlichen Gaugemeter-Regelung überschreiten.

Hier kann man zwar das im Patent DE 42 03 469 C2 vorgestellte Verfahren benutzen, doch werden dort nur die Walzenballenenden zur Messung herangezogen, was aber kein genaues Maß für die Walzenform liefert, da die Walzenform über die Ballenlänge - neben anderen o.g. Systemen - mittels einer steuerbaren Walzenkühlung sowie einer steuerbaren Walzspaltschmierung beeinflußt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, beim Walzen von Stahlqualitäten in unterschiedlichen Temperaturbereichen auf einer Reversierwalzstrasse mit mindestens einem bzw. einer Kontiwalzstrasse mit mindestens zwei Horizontal-Gerüsten, ein kombiniertes Regelungssystem und -verfahren anzuwenden, mit dem automatisch bestimmte Produkteigenschaften bzgl. geometrischer und mechanischer Eigenschaften erreicht werden.

Zur Lösung der Aufgabe wird - ausgehend von dem als OGC bekannten Stand der Technik - ein Regelsystem vorgeschlagen, das relativ zur gemessenen absoluten Position der Walzen mittels längs der Walze nebeneinander angeordneter Sensoren die Oberkante der oberen bzw. Unterkante der unteren Walze jeweils über die Ballenlänge segmentweise erfaßt, daß die Meßergebnisse über ein Modell, das neben den Einflüssen der Biege- und Walzenstellsysteme, die Durchbiegungen der Walzen, die Abplattungen zwischen den Walzen, die Abplattung zwischen Arbeitswalze und Walzgut sowie den Verschleiß und die thermische Balligkeit der Walzen berücksichtigt, in eine die Walzspalt- und die Walzgutgeometrie beeinflussende geeignete Regelungen eingreifen, die neben der geforderten Absolutdicke das geforderte Dickenprofil und die Planheitskriterien herbeiführt.

Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Regelsystems sind in den Unteransprüchen definiert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des Beispiels einer Kontiwalzstraße beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 die schematische Ansicht einer Walzstraße mit drei Gerüsten,

Fig. 2 die schematische Ansicht eines Walzensatzes mit dem erfindungsgemäßen Regelsystem,

Fig. 3 ein bekanntes Gaugemeter-Diagramm,

Fig. 4 die Fließspannungskurve eines ULC-Stahles und

Fig. 5 die graphische Darstellung des Flying Gauge Change.

Diese Walzstraße (siehe Fig. 1) besteht aus mindestens drei hintereinander angeordneten Horizontal-Gerüsten 2 bis 3 (Quartos oder/und Sextos), die jeweils mit hydraulischen Anstellungen 4 ausgerüstet sind. Die Arbeitswalzen sind ein- und auslaufseitig mit einer Einrichtung 5 versehen, mit der über die Breite und in der Intensität steuerbar mittels eines Kühl- und/oder Heizmediums berührungsfrei oder kontaktbehaftet die Walzenform beeinflußt werden kann. Einlaufseitig sind unter- bzw. oberhalb der Abstreifer 6 Zufuhrsysteme 7 angeordnet, durch die über die Breite steuerbar ein Schmiermittel auf die Walze bzw. in den Walzspalt gespritzt wird. Vor und hinter der Walzstraße und zwischen den Gerüsten können Einrichtungen 9 vorhanden sein, mit denen über die Breite und in der Intensität steuerbar mittels eines Kühl- und/oder Heizmediums berührungsfrei oder kontaktbehaftet die Walzguttemperatur beeinflußt werden kann. Das letzte und evtl. auch vorletzte Gerüst ist mit dem erfindungsgemäßen sog. OGCC-System 8 ausgestattet. Vor jedem Gerüst ist eine Temperaturmeßstelle 10 angeordnet, mit der die Walzguttemperatur über die Breite und/oder punktuell gemessen wird. Hinter dem letzten Gerüst ist eine Meßstation 11 installiert, die sowohl das Temperatur- und Dickenprofil als auch Breite, Planheit und Oberflächengüte erfaßt.

Das Walzgut 1 tritt ins erste Gerüst ein und verläßt die Straße aus dem letzten Gerüst 3. Die Walztemperatur in den Stichen kann im austenitischen, gemischt austenitisch-ferritischen und/oder ferritischen Bereich liegen.

Neben der Geschwindigkeitsregelung können für einen gegebenen Stichplan mit definierten Abnahmen mittels der Walzenbeeinflussungssysteme 5, 7 sowie der Walzgutbeeinflussungssysteme 9 die jeweils geforderten Walzguttemperaturen eingestellt werden, die die geforderten mechanischen Eigenschaften zum Ziel haben. Gleichzeitig kann auch mit den Systemen 5, 7 neben den mechanischen Einstellsystemen die Walzspaltform beeinflußt werden, was mit dem System 8 als Meßglied erfaßt wird, so daß geeignete Regelungen eingreifen können, die neben der geforderten Absolutdicke das geforderte Dickenprofil und Planheitskriterium zum Ziel haben.

Wesentliches Meßsystem ist das in Fig. 2 dargestellte Regelsystem (OGCC = Optical Gauge & Crown Control). Auf der Oberseite der oberen Stützwalze 22 und/oder auf der Unterseite der unteren Stützwalze sind über der Ballenlänge mehrere Sensoren 24 angeordnet, die die tatsächliche Profilform segmentweise messen. Diese Sensoren sind auf einem Träger montiert. Dadurch, daß dieser Träger auf Gleitschuhen auf der Walze schleift, ist der Abstand zur Walze konstant. Somit können Sensoren, die eine hohe Auflösung und einen geringen Meßbereich haben, eingesetzt werden; z. B. Sensoren, die nach dem Induktionsprinzip den Abstand zu Walze messen. Gleichzeitig ist auf diesen Gleitschuhen eine definierte Meßkante 23 angebracht, die der optischen Positionsmessung dient. D.h. mittels der optischen Positionsmessung (Meßkante 23) wird die absolute Position der Stützwalzen erfaßt und relativ dazu mit den Sensoren (24) die Oberkante bzw. Unterkante der Stützwalzen über die Ballenlänge.

Diese Meßergebnisse werden über ein Modell, das neben den Einflüssen der Biege- und Walzenstellsysteme die Durchbiegungen der Walzen 21, 22, die Abplattungen zwischen den Walzen 21, 22, die Abplattung zwischen Arbeitswalze 21 und Walzgut 25 sowie den Verschleiß und die thermische Balligkeit der Walzen 21, 22 berücksichtigt, in ein die Walzspalt- und die Walzgutgeometrie beschreibende Form übertragen. D.h. die mit den Sensoren ermittelten Meßwerte geben ein Abbild des im Walzspalt befindlichen Walzgutes. Rechnergesteuert wird in eine die Walzspalt- und die Walzgutgeometrie beeinflussende geeignete Regelungen eingegriffen, die neben der geforderten Absolutdicke das geforderte Dickenprofil und die Planheitskriterien herbeiführt.

Bezugszeichenliste Fig. 1

1

Walzgut

2

Horizontal-Gerüst

3

Horizontal-Gerüst

4

hydraulische Anstellung

5

Walzenbeeinflussungssystem

6

Abstreifer

7

Walzenbeeinflussungssystem

8

OGCC-System

9

Walzgutbeeinflussungssystem

10

Temperaturmeßstelle

11

Meßstation

Fig. 2

21

Arbeitswalze

22

Stützwalze

23

Meßkante

24

Sensor

Fig. 3

F Walzkraft
s Walzspalt
h Walzgutdicke
C_mimo

Gerüststeifigkeit
C_mat

Walzgutsteifigkeit

Fig. 5

v Bandgeschwindigkeit
a Beschleunigung
h Walzgutdicke

Claims

1. Kombiniertes Regelungssystem zur Erzeugung definierter Produkteigenschaften beim Walzen von Stahlqualitäten im austenitischen, gemischt austenitisch-ferritischen und ferritischen Bereich unter Anwendung eines Messverfahrens zur Ermittlung des Walzspaltes eines Walzenpaares durch Erfassen der absoluten Position der Arbeits- oder Stützwalzen auf der dem Walzspalt abgewandten Seite mittels einer optischen Positionsmessung, dadurch gekennzeichnet, daß relativ zur gemessenen absoluten Position der Walzen mittels längs der Walze nebeneinander angeordneter Sensoren die Oberkante der oberen bzw. Unterkante der unteren Walze jeweils über die Ballenlänge segmentweise erfaßt wird, daß die Meßergebnisse über ein Modell, das neben den Einflüssen der Biege- und Walzenstellsysteme, die Durchbiegungen der Walzen, die Abplattungen zwischen den Walzen, die Abplattung zwischen Arbeitswalze und Walzgut sowie den Verschleiß und die thermische Balligkeit der Walzen berücksichtigt, in eine die Walzspalt- und die Walzgutgeometrie beeinflussende geeignete Regelung eingreifen, die neben der geforderten Absolutdicke das geforderte Dickenprofil und die Planheitskriterien herbeiführt.

2. Kombiniertes Regelungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur geeigneten Regelung der Walzspalt- und die Walzgutgeometrie die Arbeitswalzen ein- und auslaufseitig mit einer Einrichtung versehen sind, mit der über die Breite und in der Intensität steuerbar mittels eines Kühl- und/oder Heizmediums berührungsfrei oder kontaktbehaftet die Walzenform beeinflußt werden kann.

3. Kombiniertes Regelungssystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß einlaufseitig unter- bzw. oberhalb der an den Arbeitswalzen angreifenden Abstreifer (6) Flüssigkeitszufuhrsysteme (7) angeordnet sind, durch die über die Breite steuerbar ein Schmiermittel auf die Walze bzw. in den Walzspalt gespritzt wird.

4. Kombiniertes Regelungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur berührungsfreien oder kontaktbehafteten Beeinflussung der Walzguttemperatur vor und hinter der Walzstraße und zwischen den Gerüsten vorgesehen sind.

5. Kombiniertes Regelungssystem nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens ein Gerüst mit dem erfindungsgemäßen Regelsystem (8) ausgestattet ist.

6. Kombiniertes Regelungssystem nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor jedem Gerüst eine Temperaturmeßstelle (10) angeordnet ist, mit der die Walzguttemperatur über die Breite und/oder punktuell gemessen wird.

7. Kombiniertes Regelungssystem nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem letzten Gerüst eine Meßstation (11) installiert ist, die sowohl das Temperatur- und Dickenprofil als auch Breite, Planheit und Oberflächengüte erfaßt.

8. Kombiniertes Regelungssystem nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsmaterial beim Walzprozess Giessband ist.