DE102005036184A1

DE102005036184A1 - Verfahren zur Regelung des Querschnitts von aus einer Drahtwalzstraße austretenden Drähten und Drahtwalzstraße

Info

Publication number: DE102005036184A1
Application number: DE102005036184A
Authority: DE
Inventors: Otmar Palzer; Lutz Kümmel; Matthias Burkhardt
Original assignee: SMS Meer GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2004-12-07
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2006-06-08
Also published as: US20060150701A1; EP1669141A1; US7617711B2; ATE381393T1; EP1669141B1; DE502005002282D1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Regelung des Querschnitts von aus einer Drahtwalzstraße austretenden Drahtsträngen, bei dem der aus einer Zwischenstraße herangeführte Drahtstrang einer Fertiggerüstanordnung und einer sich dieser optional anschließenden Nachwalzgerüstanordnung zugeführt wird, wobei der Querschnitt des Drahtstrangs beim Walzvorgang durch gesteuerte Zugbeeinflussung verändert wird, wird die Zugbeaufschlagung für die Querschnittsveränderungen spätestens vor der letzten gemeinsamen Antriebsgruppe einer Walzgerüstanordnung vorgenommen und so bemessen, dass der Draht mit einem gleich bleibenden Querschnitt aus der Walzgerüstanordnung heraustritt. Die Erfindung betrifft auch eine diesbezügliche Drahtwalzstraße.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Querschnitts von aus einer Drahtwalzstraße austretenden Drahtsträngen, bei dem der aus einer Zwischenstraße herangeführte Drahtstrang einer Fertiggerüstanordnung und einer sich dieser optinal anschließenden Nachwalzgerüstanordnung zugeführt wird, wobei der Querschnitt des Drahtstrangs beim Walzvorgang durch gesteuerte Zugbeaufschlagung verändert wird. Außerdem betrifft sie eine Drahtwalzstraße zur Durchführung des Verfahrens.

Die Industrie verlangt heute von modernen Drahtwalzwerken Toleranzen, die bei klassischer Ausbildung der Drahtstraße mit manuellen Korrekturen von deren Einstellungen praktisch nicht mehr erreichbar sind. Es werden sowohl enge als auch über die gesamte Länge des Drahtstrangs allenfalls minimal variierende Abweichungen gefordert bzw. toleriert. Die Toleranzen hinter dem Fertigdrahtblock werden von vielen Parametern bestimmt. Großen Einfluss auf die Toleranzen haben der in den Fertigblock bzw. die Fertiggerüstanordnung einlaufende Querschnitt des Drahtstrangs und dessen Einlauftemperatur. Diese Querschnitts- und Temperaturschwankungen haben Zugschwankungen im Fertigblock und diese wiederum Toleranzschwankungen hinter diesem zur Folge. Der Einlaufquerschnitt in den Fertigblock hängt u. a. vom Zug in der vorgeschalteten Zwischenstraße bzw. in einem Vorblock ab. Die Walzbedingungen bleiben während der Walzung des Stabes nicht konstant, sondern ändern sich während der Walzung ständig. Unter die sen Walzbedingungen sind insbesondere die Parameter Einlaufquerschnitt, Temperatur und Längszug von Bedeutung, die zu Querschnittschwankungen führen.

Um trotz dieser ständig variierenden Walzbedingungen gute Toleranzen zu erreichen, müssten permanent die Vorblockeinstellungen den jeweiligen Walzbedingungen angepasst werden. Dies ist aber in der Praxis außerordentlich schwierig, zumal bei Gruppenantrieb der Walzen der Walzgerüste nur der Walzspalt, nicht aber die Drehzahlen korrigierbar sind. Mit den bisher bekannten Systemen wurde durchweg versucht, den negativen Einfluss der Störfaktoren auf die Fertigtoleranzen mit dem Ziel der Schaffung eines konstanten Austrittsquerschnitts des Drahtes aus der Fertiggerüstanordnung durch Einsteuerung eines ebenfalls gleich bleibenden Eintrittsquerschnitts des Drahtes in die Fertiggerüstanordnung sicher zu stellen.

So ist es aus der EP 200 396 B1 bekannt, vor der Fertiggerüstanordnung in Walzrichtung hintereinander zwei Sizing-Gerüste anzuordnen, deren Drehzahlen so steuerbar sind, dass zusammen mit den Gerüsten ein Zug entsteht, der eine entsprechende Verringerung des Drahtquerschnitts zur Folge hat und es möglich macht, einen gleich bleibenden Endquerschnitt des in die Fertiggerüstanordnung eintretenden Drahtes einzusteuern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Regelungsverfahren und eine Drahtwalzstraße der eingangs genannten Art zu schaffen, die es in einfacher Weise erlauben, die Drahtherstellung an die variierenden Walzbedingungen anzupassen und unabhängig von diesen einen optimalen Fertigquerschnitt des Drahtes oder Knüppels zu liefern.

Diese Aufgabe wird mit den im Haupt-Verfahrensanspruch und den eine Drahtwalzstraße betreffenden Haupt-Vorrichtungsanspruch angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des voll automatischen ablaufenden Rege lungsverfahrens und der Drahtwalzstraße sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass anders als bei der bekannten Walzgerüstausbildung ein gleich bleibender Austrittsquerschnitt des aus der Fertiggerüstanordnung oder – wenn vorhanden – des aus einer Nachwalzgerüstanordnung (Nachwalzblock) austretenden Drahtstranges aufgrund von Veränderung des Eintrittsquerschnittes des Drahtes in die jeweilige Gerüstanordnung bestimmt werden kann. Die Zugregelung des Drahtstranges kann hierbei an einer beliebigen Stelle und im Extremfall noch vor einer letzten Antriebs- bzw. Einzelgruppe, d. h. dem letzten Walzvorgang erfolgen.

Das kann erfindungsgemäß durch Messung und Vergleich der Drahtquerschnitte, vorzugsweise vor und hinter der Fertiggerüstanordnung, und Änderung des Eintrittsquerschnittes des Drahtes durch auf den eintretenden Draht aufgebrachten Zugkräfte erreicht werden. Diese Zugkräfte können, wie bekannt, durch vor der Fertiggerüstanordnung angeordnete Paare von drehzahlregelbaren Horizontal- und Vertikalgerüsten auf den Draht aufgebracht werden. Zwischen den beiden Walzgerüsten kann aber erfindungsgemäß auch ein Kolbenzylinderaggregat angeordnet werden, an dessen über einen Weggeber steuerbaren Kolben sich eine den Drahtstrang beaufschlagende Spannrolle anordnen läßt. Zusätzlich können vor und hinter dem Horizontal- und Vertikalwalzenpaar sowie hinter der Fertiggerüstanordnung oder der Nachwalzgerüstanordnung Profilmesseinrichtungen und zudem vor diesen Gerüsten und vor der Fertiggerüstanordnung oder der Nachwalzgerüstanordnung Pyrometer angeordnet werden.

Wenn somit vor den Gerüsten sowohl ein Profilmeßsystem als auch eine Temperaturmesseinrichtung vorgesehen sind, können der Querschnitt A₀ und die Temperatur T₀ gemessen werden. Bei einer definierten Stahlsorte und Temperatur T₀ kann, wie in 3 unter Einbeziehung des Bezugszeichenverzeichnisses darge stellt, durch Korrelationen zwischen A₀ und A₁ eine "Vorwärtsregelung" aufgebaut werden. Es läßt sich damit erreichen, daß der erste Knüppel bzw. Drahtstrang einer neuen Charge in einem zulässigen Toleranzbereich liegt.

Die Erfindung ermöglicht eine Adaptive Querschnittsregelung (AQR) als ein hierarchisches Sizing-System, das mit Hilfe einer kontinuierlichen Adaption des Einstichquerschnittes, unabhängig von den sich ständig ändernden Walzbedingungen, zu jedem Zeitpunkt den bestmöglichen Fertigquerschnitt, mit minimalen Toleranzen, sichert. Die AQR setzt voraus, daß alle untergeordneten Regelungen bzw. Messungen, d. h. die Positions-Zug-Messung (PZM), Positions-Zug-Regelung (PZR) und die Positions-Querschnitts-Regelung (PQR) aktiv sind.

Zur Verwirklichung einer langsamen "Rückwärtsregelung", wie in 4 unter Einbeziehung des Bezugszeichenverzeichnisses dargestellt, ist hinter der Walzgerüstanordnung ein Profilmeßgerät erforderlich. Es wird die Rundbreite, d. h. die Kaliberfüllung hinter der Walzgerüstanordnung als Regelgröße für die Querschnittsregelung vor der Walzgerüstanordnung eingesetzt. Der Querschnitt A₁ wird durch einen variablen Zug F_Z(t) zwischen den Gerüsten 1 und 2 so in A₁(t) variiert, daß es hinter der Walzgerüstanordnung eine optimale Kaliberfüllung und dadurch eine konstante Breite im Querschnitt A₂ und damit eine gute Ovalität gibt.

Soll als Option eine schnelle "Rückwärtsregelung" realisiert werden, wie in 5 unter Einbeziehung des Bezugszeichenverzeichnisses dargestellt, muß auch vor dem ersten Gerüst der Walzgerüstanordnung ein Profilmeßgerät bzw. -system vorgesehen werden. Durch eine Produkt zu Produkt Adaption, bei gleichen Stahlsorten und Temperaturen T₁ und T₂ in der Drahtstraße und durch Korrelationen zwischen den Querschnitten A₁ und A₂ und Adaptionswerten, kann der Regeleingriff vorverschoben werden. So wird eine Querschnittsregelung mit einer hohen Dynamik aufgebaut, die dafür sorgt, daß die Schwankungen in der Kaliberfüllung, und in Folge dessen der Ovalität, minimal sind.

Bei der Adaption mit der langsamen "Rückwärtsregelung" dient diese nur noch zum Ausregeln von Systemfehlern und Trends.

Schließlich ist es auch möglich, den Querschnitt des in die Fertiggerüstanordnung einlaufenden Drahtes noch in der Fertiggerüstanordnung selbst, vor seinem Austritt aus dieser, dadurch steuernd zu beeinflussen, dass die Fertiggerüstanordnung aus einer Folge von Gerüstgruppen besteht, die für sich anstellbare Walzen und/oder für sich antreibbare Walzen aufweisen.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit einer vor einer Fertiggerüstanordnung/Fertigblock angeordneten Zugbeaufschlagungseinrichtung bei der Drahtwalzung näher erläutert. Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung als Einzelheit eine Vorrichtung zur Zugbeaufschlagung des Drahtstranges, von der Seite gesehen;
2 die Seitenansicht einer Drahtwalzstraße, in schematischer Darstellung, mit einer einem Fertigblock vorgeschalteten Zugbeaufschlagungseinrichtung nach 1;
3 in schematischer Darstellung eine Anordnung zur Adaptiven Querschnitts-Regelung als "Vorwärtsregelung";
4 in schematischer Darstellung eine Anordnung zur Adaptiven Querschnitts-Regelung als langsame "Rückwärtsregelung"; und
5 in schematischer Darstellung eine Anordnung zur Adaptiven Querschnitts-Regelung als schnelle "Rückwärtsregelung".
Die Anordnung zur Zugmessung und zur Beaufschlagung des Drahtes nach 1 besteht aus einem zwischen den Walzen eines Vertikal-Horizontalwalzenpaares VW, HW, von denen das Vertikalwalzenpaar VW einen drehzahlregelbaren Antrieb DR aufweist, angeordneten Kolbenzylinderaggregat KZ, auf dessen Kolbenstange KS eine Spannrolle SR lagert, die den durchlaufenden Drahtstrang DS von unten her beaufschlagt. Der Kolbenzylinder KZ als hydraulischer oder pneumatischer Regelzylinder ist mit einem Kraftaufnehmer KA und einem Weggeber WG verbunden. Mit dieser Anordnung kann der Abschnitt des Drahtstrangs zwischen den Walzenpaaren VW, HW gezielt vorgespannt und die Höhe der Durchbiegung des Drahtstranges DS bestimmt und gemessen werden. Die der Zugmessung, Zugregelung und Querschnittsregelung dienende Meß- und Regelzylindereinheit ist vereinfacht strichpunktiert eingezeichnet.
Die Drahtstraße nach 2 weist neben der Vorrichtung zur Zugbeaufschlagung nach 1 in Walzrichtung WR hinter dieser ein Profilmessgerät PMI und weiter in Walzrichtung WR hinter dem Fertigblock FB ein weiteres Profilmessgerät PMII auf. Außerdem sind in Walzrichtung WR hinter der oben beschriebenen Zugbeaufschlagungseinrichtung und hinter dem Fertigblock jeweils Pyrometer PYI und PYII angeordnet.
Für das Verfahren der gesteuerten Veränderung des Eingangsquerschnittes des Drahtstranges DR in den Fertigblock FB durch auf den Draht aufgebrachte Zugkräfte wird die Vorrichtung nach 1 verwendet. Diese arbeitet wie folgt: Nach Einlauf des Anfangs des Drahtstranges DS wird die Spannrolle SR durch den Kolbenzylinder KZ gegen den Drahtstrang DS nach oben gefahren, so daß dieser eine Durchbiegung erfährt, deren Abmaß die Basis für die Spannkraft bildet, deren Wert kontinuierlich erfasst und gespeichert einer Rechner- und Zugregeleinrich tung zugeführt wird. Da der auf den Drahtstrang DR ausgeübte Zug eine Funktion von Spannkraft und Durchbiegung des Drahtes unter der Spannrolle SR ist, lässt er sich mit Hilfe einer Positionsregelung der Spannrolle unter dem Weggeber WG kontrollieren und regeln. Durch Einsteuern eines konstant bleibenden Zuges zwischen den Vertikal- und Horizontalwalzen VW, HW lassen sich Querschnittsfehler des Drahtstranges DS beseitigen und ein relativ konstanter Eintrittsquerschnitt in die Fertiggerüstanordnung FB mit der Folge eines optimalen Austritts- bzw. Fertigquerschnitts aus der Anordnung erzielen.
Mit der in 2 wiedergegebenen Ausbildung einer Drahtstraße sind zwei Betriebsarten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, nämlich die Zugbeaufschlagung über eine Drehzahlregelung oder über eine Durchbiegeregelung.
Bei der Durchbiegeregelung wird eine Soll-Durchbiegung vorgegeben und deren Größe querschnittsabhängig optimiert. Durch eine produktabhängige Durchbiegung kann das Verhältnis zwischen Zugkraft und Spannkraft optimiert werden. Um den Referenzwert der Spannkraft zu erreichen, wird die Drehzahl am zuggeregelten Gerüst VW so lange korrigiert, bis die Spannkraft, d. h. auch der aktuelle Zug den vorgegebenen Referenzwert erreicht. Danach wird die Spannkraft durch weitere Drehzahlkorrekturen konstant gehalten.
Bei der Drehzahlregelung wird, um den Referenzwert der Spannkraft zu erreichen, die Durchbiegung so geregelt, dass der Referenzwert und damit auch die Zugkraft erreicht und möglichst konstant gehalten werden. Um in einen optimalen Zugbereich zu arbeiten, werden Drehzahlkorrekturen am zuggeregelten Gerüst VW vorgenommen. Die Drehzahl der Gerüste VW und HW wird in diesem Fall nicht geändert.
Eine weitere Betriebsart basiert auf dem jeweils messbaren Querschnitt des Drahtstranges. Messmittel sind die in 2 dargestellten Profilmessgeräte PMI hinter dem Vertikal-, Horizontalwalzenpaar VW und HW der Anordnung nach 1 und hinter der Fertiggerüstanordnung bzw. dem Fertigblock FB nach 2. Voraussetzung für diese Querschnittsregelung ist die Zugregelung. Passiert die Spitze des Drahtstranges DS das Horizontalwalzgerüst HW, wird zunächst die Zugregelung aktiviert. Passiert die Spitze dann das Profilmesssystem PMI, wird der Walzgutquerschnitt vor der Fertiggerüstanordnung FW kontinuierlich gemessen und für die Regelung relevante Parameter, wie Profilbreite bzw. -höhe, werden an den nicht dargestellten Rechner weitergegeben und auf dem Monitor dargestellt. Die Querschnittsregelung nutzt den Zug zwischen den beiden Gerüsten VH und HW, um den Austrittsquerschnitt aus diesen Gerüsten zu optimieren. Die Regelgröße für diesen Fall ist nicht der Zug, wie bei der Zugregelung, sondern der Austrittsquerschnitt. Der Zug wird nicht mehr konstant gehalten, sondern variiert, um einen Querschnittssollwert zu halten. Der Zug durch Drehzahlkorrektur kann am zuggeregelten Walzgerüst VW oder durch Variierung der Durchbiegung realisiert werden.
Für eine geschlossene Regelung wird das Profilmessgerät PMII hinter dem Fertigblock FB notwendig. Die Kaliberfüllung hinter dieser Gerüstanordnung wird als Regelgröße für die Querschnittsregelung vor dem Fertigblock eingesetzt. Der Eintrittsquerschnitt wird durch einen variablen Zug zwischen den Gerüsten VW und HV so variiert, dass hinter dem Fertigblock FB eine optimale Kaliberfüllung sowie eine konstante Breite im Querschnitt und damit eine gute Ovalität erreicht wird.

VW: Vertikalwalze
HW: Horizontalwalze
DS: Drahtstrang
KZ: Kolbenzylinderaggregat
SR: Spannrolle
KA: Kraftaufnehmer
WG: Weggeber
DR: Drehzahlregelbaren Antrieb
DB: Durchbiegung
PMI: Profilmessgerät
PMII: Profilmessgerät
FB: Fertigblock
PY: Pyrometer
KS: Kolbensteuerung
WR: Walzrichtung
AQR: Adaptive Querschnittsregelung
RE: Rechner-/Regeleinheit
PZM: Positions-Zug-Messung
PZR: Positions-Zug-Regelung
PQR: Positions-Querschnitts-Regelung
A₁, A₂, A₀: Querschnitt
T₀, T₁, T₂: Temperatur
h_R: Durchbiegung
F_S: Spannkraft
Δn: Drehzahlkorrektur
: Kennzeichen für Sollwerte
1: H-Gerüst
2: V-Gerüst
3: Walzgut
4: Spannrolle
5: Kraftaufnehmer
6: Regelzylinder/Zylinder
7: Wegaufnehmer
8: Schopf- und Häckselschere
9: Schlinge
10: Drahtblock (Fertigblock)
11: Profilmesssystem
14: Pyrometer
15: Pyrometer
16: Pyrometer

Claims

Verfahren zur Regelung des Querschnitts von aus einer Drahtwalzstraße austretenden Drahtsträngen, bei dem der aus einer Zwischenstraße herangeführte Drahtstrang einer Fertiggerüstanordnung und einer sich dieser optional anschließenden Nachwalzgerüstanordnung zugeführt wird, wobei der Querschnitt des Drahtstrangs beim Walzvorgang durch gesteuerte Zugbeaufschlagung verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugbeaufschlagung für die Querschnittsveränderungen spätestens vor der letzten gemeinsamen Antriebsgruppe einer Walzgerüstanordnung vorgenommen und so bemessen wird, dass der Draht mit einem gleich bleibenden Querschnitt aus der Walzgerüstanordnung, vorzugsweise der Fertiggerüstanordnung, heraustritt.
Regelungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugbeaufschlagung des Drahtes in an sich bekannter Weise durch ein Paar von drehzahlregelbaren Horizontal- und Vertikalgerüsten bewirkt wird.
Regelungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Drahtstrang (DS) mit einer angedrückten Spannrolle (SR) über einem Weggeber (WG) eine Soll-Durchbiegung erzeugt wird, die einem vorerrechneten Verhältnis von Spann- und Zugkraft entspricht, und die Einregelung des Referenzwertes auf der auf den Drahtstrang (DS) wirkenden Zugkraft durch Drehzahlregelung benachbarter Walzgerüste erfolgt.
Regelungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugbeaufschlagung des Drahtes zwischen einzeln regelbaren Gerüstgruppen erfolgt.
Regelungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugbeaufschlagung des Drahtes über eine temperaturabhängige Breitungskorrektur vorgesteuert wird.
Regelungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die von Profilmessmitteln hinter den zuggeregelten Walzgerüsten erfassten Werte des Querschnitts des Drahtstrangs (DS) rechnerisch verarbeitet werden und der Eintrittsquerschnitt des Drahtstrangs (DS) vor Eintritt in die letzten ungeregelten Umformstufen durch Zugregelung des Drahtstrangs (DS) zwischen zuggeregelten Walzgerüsten und ggf. über die Spannrolle zur Erzielung eines hinter der Fertiggerüstanordnung (FB) gemessenen gleich bleibenden Austrittsquerschnitts des Drahtstrangs (DS) verändert wird.
Drahtwalzstraße zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzgerüstanordnungen aus einer Folge von Gerüstgruppen bestehen, die einzeln anstellbare Walzen (VW/HW) und/oder einzeln antreibbare Walzen (VW/HW) aufweisen, und mit an eine Zugregeleinrichtung ange schlossenen Mitteln (PMI, PMII) zur Querschnittsmessung des Drahtstrangs (DS) versehen sind.
Drahtwalzstraße nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch vor und hinter den zuggeregelten Walzgerüsten sowie hinter der Fertiggerüstanordnung (FB) angeordnete Profilmesseinrichtungen (PMI/PMII).
Drahtwalzstraße nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch vor und hinter den zuggeregelten Walzgerüsten zur Temperaturmessung des Drahtstrangs (DS) angeordnete Pyrometer (PYI/PYII).