DE3515429A1

DE3515429A1 - Formsteuervorrichtung fuer flachmaterial

Info

Publication number: DE3515429A1
Application number: DE19853515429
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Kobe Hyogo Wakamiya
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1984-05-09
Filing date: 1985-04-29
Publication date: 1985-11-14
Anticipated expiration: 2005-04-30
Also published as: BR8502187A; AU557090B2; US4648256A; JPS60238017A; KR890003400B1; KR850008110A; DE3515429C2; AU4205485A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Formsteuervorrichtung für Flachmaterial, insbesondere eine Formsteuervorrichtung, mit der sich warmgewalzter Stahl in eine geeignete Gestalt oder Form bringen läßt.

Als Steuervorrichtung dieser Art hat man bislang eine Anordnung verwendet, bei der die Temperaturverteilung einer warmgewalzten Stahlplatte in ihrer Breitenrichtung gemessen wird, um eine breitenmäßige Belastungs-

10 verteilung vorzubestimmen, auf deren Grundlage die Gestalt oder Form des Flachmaterials vorgegeben wird, um Steuerungen zu steuern, wie z.B. eine Walzenbiegeeinrichtung und eine Walzenkühleinrichtung, so daß eine Formsteuerung vorgenommen wird, um ein Flach-

OBiGlHAL INSPECTED

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material mit geeigneter Form oder Gestalt herzustellen.

Bei einer herkömmlichen Formsteuervorrichtung dieser Art wird jedoch die thermische Wölbung der Walzen nicht berücksichtigt, die sich im Laufe der Zeit und mit dem Verschleiß der Walzen ändert, die wichtige Faktoren bei der Formgebung darstellen- Dies führt zu dem Nachteil, daß fehlerhafte Formgebungen und Formen auftreten, wenn die Zeit verstreicht oder die Anzahl von gewalzten Produkten zunimmt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Formsteuervorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die es unter Vermeidung der genannten Nachteile ermöglicht, Flachmaterial herzustellen, das tatsächlich die gewünschte Form besitzt.

Gemäß der Erfindung wird eine Formsteuervorrichtung für Flachmaterial angegeben, bei der ein Wert für die thermische Wölbung und ein Wert für den Walzenverschleiß in Breitenrichtung der Walzen auf der Grundlage der Walzenhystereseinformation nach der Neuanordnung der Walzen jeweils vorgegeben wird, während eine Walzenbelastungsverteilung aus der breitenmäßigen Temperaturverteilung eines Flachmaterialteiles vorgegeben wird, das auf der Eingangsseite einer Walzstraße liegt. Ferner wird eine optimale Walzenbiegekraft auf der Basis der oben erwähnten, vorgegebenen Resultate vorbestimmt und zur Steuerung einer Walzenbiegeeinrichtung verwendet, so daß sich ein Flachmaterial mit geeigneter und gewünschter Gestalt auch dann herstellen läßt, wenn die Zeit verstreicht oder wenn die Anzahl von gewalzten Produkten zunimmt.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Formsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
10

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der thermischen Wölbung von Walzen in der Breitenrichtung eines Flachmaterials?

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der thermischen Wölbung und der Anzahl von gewalzten Produkten im Zentrum der Walzen in deren Längenrichtung;

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung des Verschleisses der Walzen in der Breitenrichtung des Flachmaterials;

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen dem Walzenverschleiß und dem Walzengewicht im Walzenzentrum;

Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Belastungsverteilung eines

Walzwerkes in dem Zustand, in dem sich die Rollen biegen;

Fig. 7 ein Flußdiagramm zur Berechnung der Krümmung der Walzen; und in

Fig. 8 ein Flußdiagramm zur Berechnung einer

optimalen Biegekraft.

Nachstehend wird zunächst das Prinzip der Erfindung näher erläutert. Nimmt man einen willkürlichen Zeitpunkt nach der Neuanordnung der Walzen in einem Warmwalzwerk, so ist der Wert der thermischen Wölbung Y_T(x) der Walzen symmetrisch in Bezug auf das Zentrum der Walzen in ihrer Längenrichtung und kann im wesentliehen durch eine quadratische Gleichung ausgedrückt werden, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Wenn außerdem die Zeitdauer oder die Anzahl von gewalzten Produkten berücksichtigt wird, so ergibt sich der Wert für die thermische Wölbung Ym(O) im Walzenzentrum in der in Fig. 3 dargestellten Weise. Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Formsteuervorrichtung in Anwendung auf ein Walzwerk. Aus den Fig. 1 bis 3 läßt sich folgendes entnehmen:

(1) Der Wert der thermischen Wölbung ändert sich rasch nach der Neuanordnung der Walzen.

(2) Wenn der Walzvorgang fortschreitet, wird die Änderung klein.

(3) Wenn eine Walzpause, wie z.B. eine Walzunterbrechung lang wird, nimmt der Wert der thermischen Wölbung wegen einer Abnahme der Walzentemperatur ab, woraufhin die thermische Wölbung (bei Fortsetzung des Walzbetriebes) sich rasch wieder ändert.

Unter Berücksichtigung der obigen Darlegungen läßt sich der Wert der thermischen Wölbung Y_T(x) durch die nachstehende Gleichung ausdrücken, und zwar unter Berücksichtigung der Anzahl N von gewalzten Produkten nach der Neuanordnung der Walzen:

35Ί5429 .

Υ_τ(χ) = (A₁ χ² + B₁ χ + C_T).{1 - exp(-D_T-N_E)}

mit ^Νε * ^E ⁺ 1)··ΧΡ(-ν^τ) (2)

wobei die einzelnen Symbole folgende Bedeutung haben:

Y (x) = Wert der thermischen Wölbung der Walzen,

χ = Koordinatenwert der Walzen in ihrer Längsrichtung,

A_T, B_T, C_T, D_T, E_T = Konstanten,

N_ = äquivalente Anzahl von gewalzten Produkten,

N-I
N_ = äquivalente Anzahl von gewalzten Produkten,

Cl

die einem Produkt vorhergehen/

^^υ "C = Zeitdauer einer Walzpause seit dem Walzen

des vorhergehenden Produktes.

Als nächstes soll der Walzenverschleiß Y„(x) näher erläutert werden. Geht man aus von einer willkürlichen

^⁵⁰ Zeit nach der Neuanordnung der Walzen, so ist der Wert des Walzenverschleisses ebenfalls symmetrisch in Bezug auf das Walzenzentrum, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, und läßt sich durch eine biquadratische

Gleichung ausdrücken.
30

Wenn außerdem der Walzenverschleiß Y„(0) im Walzenzentrum gegenüber einem Walzengewicht W nach der Neuanordnung der Walzen aufgetragen ist, gibt es eine im wesentlichen proportionale Relation, wie es in Fig. 5 dargestellt ist.

Unter Berücksichtigung der obigen Darlegungen läßt sich der Wert für den Walzenverschleiß durch die nachstehende Gleichung ausdrücken, und zwar unter Berücksichtigung des Walzengewichtes W nach der Neuanordnung der Walzen:

Y_w(x) = (^ x⁴ + B_w x³ + C_w x² + D_w χ +

wobei folgende Symbole verwendet sind: Y (x) = Wert des Walzenverschleisses, A_n, B_w, C_w, D_w, E_w = Konstanten,

χ = Koordinatenwert der Walzen in ihrer Längsrichtung,
W = Walzengewicht nach der Neuanordnung der

Walzen.
15

Als nächstes wird der Krümmungswert der Walzen des Walzwerkes näher erläutert. Üblicherweise läßt sich eine dynamische Gleichung hinsichtlich der Walzenkrümmung folgendermaßen ausdrücken: 20

^d ^ ₊ 1 . d²P(x) ₍₄₎

dx Ε·Ι ct«G*A dx

wobei folgende Symbole verwendet sind:

Y_ = Krümmungswert einer Walzenachse,

E = Längselastizitätsmodul der Walzen,

I = zweites Moment der Fläche der Walzen,

^- = Konstante,

3Og= Querelastizitätsmodul der Walzen,

A = Querschnittsfläche der Walzen,

χ = Koordinatenwert der Walzen in ihrer Längsrichtung,

P(x) = Walzenbelastungsverteilung in axialer Richtung

der Walzen.

Zur Lösung der Gleichung (4) sind die Belastungsverteilung P(x) und die Randbedingungen anzugeben.

Fig. 6 zeigt die Walzenbelastungsverteilung in einem Vierfach-Walzwerk in dem Zustand, in dem sich die Walzen biegen. In Fig. 6 bezeichnet die x-Achse die Koordinaten in der Richtung der Walzenachse, d.h. in der Breitenrichtung des Flachmaterials, während die y-Achse die Koordinaten für die Krümmung der Walzenachse angibt.

Ein Flachmaterial 1 wird von oberen und unteren Arbeitswalzen 2a und 2b gewalzt. Bei dieser Gelegenheit tritt eine Belastungsverteilung P,(x) zwischen dem Flachmaterial 1 und der oberen Arbeitswalze 2a auf. Gleichzeitig entsteht eine Belastungsverteilung P₂(x) zwischen der oberen Arbeitswalze 2a und einer oberen Stützwalze 3a. Das Symbol P in der Zeichnung bezeichnet eine Walzkraft, die von einem Belastungsmeßfühler abgetastet wird, und das Symbol F bezeichnet eine Biegekraft, die zwischen den oberen und unteren Arbeitswalzen 2a und 2b wirkt.

Wenn der Ausgleich der Kräfte bei der Anordnung gemäß Fig. 6 betrachtet wird, so ergibt sich:

-b

P₁(x) dx ,cv

"5^b

wobei b = Breite des Flachmaterials.

P,(x) kann ermittelt werden, wenn man die breitenmäßige Temperaturverteilung des Flachmaterials 1 kennt, und zwar gemäß den nachstehenden Beziehungen:

35 Ί 5429
/'

P₁(X) - K/ Ä».Ah«Q

mit κ =

wobei folgende Symbole verwendet sind:

R¹ = abweichender Walzenradius,

ßh = Walzreduzierung,

Q = Reduzierungskraftfunktion,
K= Verformungswiderstand,

K_n, η, m, oC = Konstanten,

S = Spannung,

S = Spannungsgeschwindigkeit,

T (x) = Temperaturverteilung.
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Wenn außerdem die Belastungsverteilung zwischen der oberen Arbeitswalze 2a und der oberen Stützwalze 3a angegeben und der Ausgleich der Kräfte betrachtet wird, so ergibt sich die Beziehung:
!

⁽⁸⁾ dx

wobei L = Länge der Walzen.

Im allgemeinen läßt sich die Gleichung 4 gemäß einem Ablauf oder Flußdiagramm lösen, wie es in Fig. 7 angegeben ist. Wenn die Walzenbelastungsverteilung P,(x) erhalten ist, läßt sich, wie oben erwähnt, die Walzenkrümmung Y_ berechnen. Es ist somit erforderlich, die Temperaturverteilung des Flachmaterials in seiner Breitenrichtung zu kennen.

Die breitenmäßige Temperaturverteilung des Flachmaterials oder der Stahlplatte in dem Warmwalzwerk läßt sich durch die nachstehnde quadratische Gleichung unter Berücksichtigung der Fundamentalgleichung der thermischen Leitung folgendermaßen ausdrücken:

T(x) = T₀ - a-x² ₍₉₎

wobei folgende Symbole verwendet sind:

T = Plattentemperatur im Zentrum der Breitenrichtung der Platte,

χ = Abstand (Koordinate) vom Zentrum der Plattenbreite, a = Konstante.

Dies läßt sich berechnen, indem man die Temperaturen an mindestens zwei Punkten einschließlich des Zentrums über die Breite der Platte mißt.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß ein optimaler Walzenbiegewert ermittelt wird, um die Stahlplatte in eine geeignete und günstige Form oder Gestalt zu bringen und um den berechneten Wert Y_,(x) der thermischen Wölbung in der Breitenrichtung der Walzen sowie den berechneten Wert Y_w(x) des Walzenverschleisses in Breitenrichtung zu steuern, wobei diese auf der Walzenhysterese-Information nach der Neuanordnung der Walzen beruhen, und um den Walzenkrümmungswert y_,(x) zu steuern, der auf der Walzenbelastung beruht, die mit der Temperaturverteilung ermittelt wird, die aus den Thermometer-Ausgangswerten berechnet wird.

Bei der Beurteilung, ob die Form oder Gestalt der Platte geeignet ist, wird der Gesamtwert Y(x) aus den erwähnten drei Werten betrachtet, nämlich aus dem berechneten thermischen Wölbungswert Y (x), dem berechneten Walzenverschleißwert Y_w(x) und dem berechneten Walzenkrümmungswert Y_(x):

Y(X) = Y_T(x) - Y_w(x) + y_b(_x)

Ein Kriterium, bei dem die quadratische Abweichung des Gesamtwertes von X=O minimal ist, wird angegeben und als optimale Biegekraft Fm definiert:

= minV

- Y(_X) }2 _dx

Die optimale Biegekraft F₀- läßt sich gemäß einem Flußdiagramm berechnen, wie es in Fig. 8 angegeben ist.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung näher erläutert, wobei auf Fig. 1 der Zeichnung Bezug genommen wird. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Flachmaterial oder eine Stahlplatte, die Bezugszeichen 2a und 2b bezeichnen obere und untere Arbeitswalzen, und die Bezugszeichen 3a und 3b bezeichnen obere und untere Stützwalzen. Ein Rechner 4 für die thermische Wölbung erhält Daten über die Zeitdauer des Walzintervalles des gewalzten Materials und die Anzahl von gewalzten Produkten nach der Neuanordnung der Walzen und berechnet Y„,(x) gemäß Gleichung (1), während ein Rechner 5 für den Walzenverschleiß Daten über das Walzengewicht nach der Neuanordnung der Walzen erhält und Y„(x) gemäß Gleichung (3) berechnet.

Beide Werte Y_T(x) und Y_w(x) werden nur einmal berechnet, bevor die Stahlplatte oder das Flachmaterial 1 in das Walzwerk eingeführt wird. Mit dem Bezugszeichen 6 ist ein Thermometer oder ein Temperaturmeßfühler bezeichnet, um die Temperaturen der Stahlplatte bzw. des Flachmaterials zu messen, wobei der Temperaturmeßfühler die Temperaturen von mindestens zwei Punkten über die Breite einschließlich des breitenmäßigen Zentrums des Teiles der Stahlplatte oder des Flachmaterials 1 mißt, das sich auf der Eingangsseite des Walzwerkes befindet. Ein Rechner 7 für die Temepraturverteilung berechnet die breitenmäßige Temperaturverteilung aus den Aus-

gangswerten des Temperaturmeßfühlers oder Thermometers gemäß Gleichung (9), während ein Rechner 8 für die Walzbelastungsverteilung die Walzbelastungsverteilung aus der breitenmäßigen Temperaturverteilung unter Verwendung von Gleichung (6) berechnet.

Ein Rechner 9 für die optimale Biegekraft erhält die Ausgangswerte Y (x), Y_w(x) und P,(x) der jeweiligen Rechner 4, 5 bzw. 8 als Eingangswerte und berechnet die optimale Biegekraft F gemäß dem Flußdiagramm in Fig. 8.

Eine Biegesteuerung 10 erhält den Ausgangswert der optimalen Biegekraft F und steuert die Biegung unter Berücksichtigung der Zeit, zu der die vom Thermometer 6 gemessene Stelle der Stahlplatte bzw. des Flachmaterials 1 das Walzwerk erreicht.

Somit werden bei dieser Ausführungsform gemäß der Erfindung nicht nur die Walzenkrümmung aufgrund der Temperaturverteilung in Breitenrichtung des Flachmaterials, sondern auch die Werte der thermischen Wölbung der Walzen sowie des Walzenverschleisses aufgrund der Walzenhysterese-Information nach der Neuanordnung der Walzen berücksichtigt, so daß es möglich ist, in vorteilhafter Weise eine Formsteuerung vorzunehmen, auch wenn die Anzahl von gewalzten Produkten zunimmt oder wenn eine Walzunterbrechung auftritt.

Wie bereits erwähnt, werden gemäß der Erfindung jeweils ein Wert der thermischen Wölbung und ein Wert des Walzenverschleisses in Breitenrichtung der Walzen berechnet, und zwar auf der Basis der Walzenhysterese-Information nach der Neuanordnung der Walzen, während eine Walzenbelastungsverteilung aus der breitenmäßigen Temperaturverteilung desjenigen Flachmaterialbereiches berechnet wird, der auf der Eingangsseite eines Walzwerkes liegt.

Dann wird eine optimale Walzenbiegekraft auf der Basis der obigen berechneten Resultate berechnet und für eine Walzsteuerung verwendet, so daß sich stets ein Flachmaterial mit geeigneter und günstiger Form herstellen läßt, und zwar ungeachtet dessen, ob die Anzahl von gewalzten Produkten zunimmt oder eine Walzunterbrechung aufgetreten ist.

- Leerseite -

Claims

Patentanspruch

Formsteuervorrichtung für Flachmaterial, insbesondere für warmgewalzte Stahlplatten, gekennzeichnet durch

einen Rechner (4) für die thermische Wölbung, der einen thermischen Wölbungswert in Breitenrichtung der Walzen (2, 3) auf der Basis der Walzenhysterese-Information nach der Neuanordnung der Walzen (2, 3) berechnet, einen Rechner (5) für den Walzenverschleiß, der einen Walzenverschleißwert der Walzen (2, 3) auf der Basis der Walzenhysterese-Information nach der Neuanordnung der Walzen (2, 3) berechnet,

einen Rechner (7) für die Temperaturverteilung, der eine breitenmäßige Temperaturverteilung des Flachmaterials (1) auf der Basis von Temperatursignalen

ORIGlMAL INSPECTED

von einer Vielzahl von Punkten des Flachmaterials (1) in dessen Breitenrechnung berechnet, wobei die Punkte ein breitenmäßiges Zentrum des Flachmaterialbereiches umfassen, das sich auf der Eingangsseite eines WaIzwerkes befindet, einen Rechner (8) für die Belastungsverteilung, der eine breitenmäßige Belastungsverteilung des Flachmaterials (1) auf der Basis der Ausgangssignale vom Rechner (7) für die Temperaturverteilung berechnet, und eine Steuerung (10), welche aus den jeweiligen Ausgangssignalen des Rechners (4) für die thermische Wölbung, des Rechners (5) für den Walzenverschleiß und des Rechners (8) für die Belastungsverteilung eine optimale Biegekraft berechnet, um die Biegung zu steuern.