Tandem valsverk

Skiss som visar en utdelningsrulle (un-coiler), en ingångs-tygel, 2 stativ, en utgångs-träns och en coiler (spännrulle).

Ett tandemvalsverk är ett valsverk med två eller flera sammankopplade stativ, där minskningen uppnås genom spänningen/-erna mellan stånden och tryckkraften mellan arbetsvalsarna.

För valsningsverk som valsar tunnare band, kan träns läggas till antingen vid ingången och/eller utgången för att öka bandspänningen nära de intilliggande bestånden, vilket ytterligare ökar deras reduktionsförmåga.

Introduktion

Det första omnämnandet av ett tandemvalsverk är Richard Fords engelska patent från 1766 för varmvalsning av tråd. 1798 fick han ytterligare ett patent, denna gång för varmvalsning av plåtar och plåtar med hjälp av en tandemkvarn.

De viktigaste fördelarna med en tandemkvarn är:

• Endast ett enda pass krävs vilket sparar tid och ökar produktionen;
• Även större spänningar är möjliga mellan stativen, och detta ökar den möjliga reduktionen i stativen för samma rullkraft.

En nackdel med en tandemkvarn är den höga kapitalkostnaden jämfört med den för en reverserande kvarn.

Behovet av tandemvalsverk, och valsverk i allmänhet, minskar genom användning av kontinuerliga gjutmaskiner .

Utvecklingen av transferstångsgjutning, även kallad tunnplåtsgjutning, innebar att grovbearbetningsverk inte längre behövdes.

Tunn bandgjutning med en tjocklek på 2 mm har gått förbi tandemvarmkvarnen; och ytterligare minskning av gjuttjockleken för att producera bandstål på samma sätt som glödgat kallvalsat band kommer att kringgå tandemkallkvarnen och glödgningsprocessen .

Varje stativ i ett tandemverk är inrättat för valsning med hjälp av valsstativets fjäderkurva och metallens tryckkurva så att både valskraften och utloppstjockleken för varje stativ bestäms.

Den här artikeln beskriver egenskaperna hos ett kvarnställ, egenskaperna hos en metall (särskilt stål) och styrningen av en tandemkvarn med hjälp av både ekvationer och diagram.

Kvarnställets egenskaper

Skiss 1 visar komponenterna i ett 4-högt kvarnställ

Diagram 1. Fjäderkurva för kvarnställning som visar referenspunkten

Kvarnställningens fjäderkurva erhålls genom att pressa ihop arbetsvalsarna med ökande kraft. Detta gör att arbetsvalsarna böjs, nedskruvningarna komprimeras och kvarnhusen sträcks. För att minska böjningen av arbetsvalsen placeras en mycket större rulle ovanför den övre arbetsvalsen och en annan placeras under den nedre arbetsvalsen. Detta arrangemang kallas en 4-hög kvarn , som visas i skiss 1.

Den röda linjen i graf 1 är den linjära approximationen F = F _d – M ⋅ ( S – S _d )

eller omvänt skruvläget

$$S=S_{d}-{\frac {F-F_{d}}{M}}$$

 

 

 

 

()

där M kallas _. ( Sd , Fd kvarnmodulen _och är fjäderkurvans lutning i området för referenspunkten ) För de flesta kvarnar är M ungefär 4 MN/mm. Större värden skulle kräva mycket tjockare kvarnhus och nedskruvningar.

Sd _under ytan tills den uppmätta kraften är lika med den erforderliga utgångskraften Fd _läge , vid vilken punkt skruvläget ställs in så att det är lika med utgångsskruvens . Vid BlueScope Steels anlöpningsfräs nr 2 var referenspunkten 5 mm vid en kraft på 7 MN.

Wood och Ivacheff analyserade informationen som erhölls vid mätning av valsmodulen genom att pressa samman arbetsvalsarna tills en typisk valskraft uppnåddes, och sedan fortsatte de att mäta kraften och skruvläget när valsarna lyftes. Formen på de plottade figurerna (överlagrade, öglor eller en åtta) visade sig ge en god indikation på kvarnställningens tillstånd.

Referenspunkten är vald så att nedskruvningspositionen S aldrig är negativ. Detta var nödvändigt med 1960-talets kontrolldatorer, som till exempel GE/PAC 4020 installerad vid den då Australian Iron & Steel (nu BlueScope ) Port Kembla plåtbruk, som använde ett assemblerspråk som inte gillade negativa tal.

Dessutom används en referenspunkt istället för att försöka mäta den punkt där kraften precis blir noll.

Den exakta ekvationen som används för att beräkna den erforderliga skruvningsinställningen för en erforderlig kraft är:

$$S=S_{d}+S_{a}-{\frac {F-F_{d} }{M}}\left[1-k\log \left({\frac {F}{F_{d}}}\right)\right]$$

 

 

 

 

()

där: k är det värde som bäst passar de uppmätta värdena och S _a är en adapter som korrigerar för den termiska expansionen av kvarnhuset och valsarna när de värms upp under valsningen. Den sätts till noll efter ett arbetsvalsbyte, när datumet utförs med de nya valsarna i rumstemperatur.

Genom att använda de uppmätta värdena för F och S under valsningen av ett metallstycke, kan adaptern Sa _beräknas för användning i början av nästa bit.

Rullkraftmätning

Skiss 2. Fräsställ som visar möjliga lastcellspositioner

Lastceller används för att mäta den kraft som produkten utövar på arbetsrullarna.

För att erhålla den verkliga valskraften som verkar på arbetsvalsarna är lastcellernas position viktig; är de med påfyllningsplattorna under de nedre reservrullagren, eller ovanpå de översta reservrullagren. Båda positionerna visas i skiss 2.

En annan sak som måste beaktas (om de finns) är rullbalanscylindrarna.

Valsbalanscylindrarna verkar för att separera arbetsrullarna (ingen kraft mellan dem) när nedskruvningarna höjs; det vill säga kraften hos balanscylindrarna F _bal är precis större än vikten av den övre valssatsen, ( Wt _bu + Wt _wr ) .

Ovanstående rullvikter Wt _bu och Wt _wr är endast nominella värden; de faktiska värdena kommer att variera lite beroende på hur många gånger rullarna har malts ner mellan kampanjerna.

Eftersom rullvikterna endast är nominella värden nollställs eventuellt kvarvarande fel långsamt när rullvågen är på och skruvarna höjs tillräckligt.

Stålegenskaper

Diagram 2. Kompressionskurva för en standardplåtskvalitet

En användbar formel för kompressionskurvan för stål är:

$$K=k_{0}+k_{1}[k_{2}+\ln(H/h)]^{ k_{3}}$$

 

 

 

 

()

var

• K är metallens hårdhet;
• H är metallens initiala tjocklek;
• h är metallens utloppstjocklek;
• k ₀ och k3 _; är gradberoende konstanter

k ₀ flyttar kurvan vertikalt, dvs den ställer in den initiala flytspänningen ; k ₃ ändrar lutningen, dvs metallens arbetshärdningshastighet .

Den initiala branta sektionen i diagram 2 är elastisk kompression. Den effektiva höjden på denna reduceras av in- och utloppsspänningarna när de finns, som i en tandemkvarn. Lägg märke till att kurvan blir brantare när tjockleken närmar sig noll, dvs det skulle krävas oändlig kraft för att göra stålet oändligt tunt.

Lutningen av plastområdet runt arbetspunkten representeras normalt av bokstaven Q .

Matematisk modellering

För att ett valsverk ska fungera, ställs arbetsvalsgapet in innan produkten kommer in i valsverket. Ursprungligen var denna inställning empirisk; det vill säga ställas in av operatörerna enligt deras erfarenheter av produktens initiala dimensioner och den erforderliga färdiga tjockleken.

Med en reverserande kvarn var profilen av mellantjocklek också empirisk. För att få större konsistens gjordes försök att karakterisera valsningsprocessen. 1948 var Bland och Ford en av de första att publicera en sådan matematisk modell .

I huvudsak representerar sådana matematiska modeller kvarnen (dess fjäderkurva) och produktens kompressionsbeteende för att beräkna kvarnens "inställning".

Beräkning av bruksuppställning

Termen "inställning" används för beräkningen av ställdonets inställningar som krävs av varje valsställ för att valsa produkten. Dessa inställningar inkluderar det initiala nedskruvningsläget, huvuddrivhastigheten och referenser för in- och utgångsspänningar där tillämpligt.

Denna inställningsberäkning utförs normalt antingen i en dator på lägre nivå eller en PLC som styr ett valsverksställ.

Diagram 3 visar lösningen för valsning av en tunn remsa

En grafisk representation av en valsmodell kan erhållas genom att plotta kvarnställningens fjäderkurva och kompressionskurvan för bandet mot samma avståndsaxlar; då ger skärningspunkten lösningen av förväntad rullkraft F , och slutlig bandtjocklek h , och även det nödvändiga initiala nedskruvningsläget So . Se diagram 3.

I sin enklaste form

$$h=S-S_{o}-{\frac {F-F_{o}}{M}}$$

 

 

 

 

()

Denna ekvation är känd som BISRA -ekvationen. Den är också känd som gaugemeter-ekvationen eftersom mätningar av S och F kan användas för att beräkna utgångstjockleken mätt med ett instrument som kallas tjockleksmätare .

Om arbetsvalsarna initialt pressas ihop av nedskruvningarna, kommer det att finnas en kraft F _o som verkar mellan de övre och nedre arbetsvalsarna innan remsan finns. I denna situation sägs kvarnen vara inställd "under ytan", som visas i diagram 3. Detta är ofta fallet med tunn remsa.

Men om det finns ett verkligt gap innan metallen kommer in i kvarnen kommer So _F o _att vara noll och (från ekvation 1) måste vara större än S _d + F _d / M

Beräkningen upprepas för följande bestånd med utgångstjockleken h för det ena beståndet som blir ingångstjockleken H för nästa bestånd. Observera att kompressionskurvan har ett större eller mindre elastiskt område beroende på ingångs- och utgångsspänningarna för nästa ställning.

Intersta spänningar

Skiss 3. De krafter och spänningar som verkar på en remsa under rullning

Man skulle kunna säga att stålet komprimeras av kraften från arbetsvalsarna, vilket motsvarar smide ; Men om det finns spänningar kan man säga att stålet sträcks genom att spänningen drar det genom de roterande arbetsvalsarna, som vid extrudering genom en form. Se skiss 3.

Skiss 4. Kraftfördelningen genom rullbettet under rullning

Spänningarna minskar produktens effektiva elasticitet med en mängd som är lika med den inducerade spänningspåkänningen. Denna spänningseffekt representeras i diagram 2 och 3 genom att rita stålkompressionskurvan med det elastiska området reducerat i enlighet därmed.

Förhållandet mellan rullkraften och in- och utgående bandspänningar är viktigt för att bestämma den färdiga bandets planhet . För mycket kraft producerar remsa med kantvåg (ofta kallad "tryckvåg"). För mycket spänning, det vill säga för liten kraft, kan orsaka mittspänne (beroende på rullarnas krona).

Dragspänningen är 30 % till 50 % av sträckgränsen för kalla kvarnar och ofta högre i varma kvarnar (vilket kan resultera i kraftiga insnörningar och till och med bandbrott).

I skiss 4, observera att kraften är förskjuten från arbetsvalsens centrum eftersom remsan är tjockare vid ingången än vid utgången; detta är en komponent i vridmomentet som huvudenheterna måste leverera. Den andra komponenten är skillnaden i dragkrafterna. Om utgångsspänningskraften är mycket större än ingångsspänningskraften, kan spänningsmomentet vara större än vridmomentet på grund av rullkraften och huvudenheterna kommer att generera kraft.

Den neutrala punkten, eller no-slip-punkten, är den punkt i rullbettet där arbetsrullarna och remsan gör samma hastighet.

Den neutrala punktens läge påverkas av in- och utgångsspänningarna.

Rysning uppstår när den neutrala punkten är vid kanten av rullbettet; det vill säga att arbetsrullarna växelvis tar tag i remsan och låter den glida.

Framåtslirning (1+ f ) är förhållandet mellan utgångsremshastigheten och arbetsvalsarnas periferihastighet. Bakåtslirning (1− b ) är förhållandet mellan ingångsbandets hastighet och arbetsvalsarnas periferihastighet.

Rullslitage

När remsan glider genom arbetsrullarna polerar den dem och remsan. Detta ändrar friktionskoefficienten för band-till-rulle-ytan. Så, för att förutsäga krafterna och kraften som krävs för att driva arbetsvalsarna, uppskattar bruksmodelleringen detta valsslitage baserat på längden på det valsade bandet.

För att minska friktionen i valsbettet sprutas en varm olje-vattenemulsion på ingångssidan av valsbiten i kallvalsverk.

Skiss 5: Fördelning av olja i reservrullens vitmetalllager

Arbetsvalsarna för alla ställningar i en tandemkvarn byts normalt samtidigt. De nya arbetsvalsarna kommer att ha slipats för att återställa önskad krona och grovhet. När detta är gjort nollställs rullslitaget i modelleringen.

Värmen som genereras i valsbiten i en kall kvarn värmer både bandet och valsarna. Eftersom de kalla valsarna inte har något kylmedel applicerat, bara en liten mängd varm olje-vatten-emulsion, blir arbetsvalsarna i en kall kvarn varmare än de i en varm kvarn, där rikliga mängder kallt vatten sprutas vid utgångssidan av rullbettet.

Back-up rullager hastighetseffekt

Back -up rullager är vanligtvis vitmetalllager som förlitar sig på en film av olja mellan axeln och vitmetallen för att minska friktionen; som ses i skiss 5.

När hastigheten ökar dras mer olja in i det aktiva området av lagret och detta ökar tjockleken på oljefilmen i detta område. Detta trycker den övre arbetsrullen ner och den nedre arbetsrullen uppåt, vilket minskar rullgapet på samma sätt som att skruva ner skruvarna. För att kompensera för detta inkluderar de flesta nedskruvade styrslingor en framkopplingsparameter härledd från antingen; en ekvation för rullningshastighet, eller ett värde extraherat från en uppslagstabell med linjär interpolation.

För att säkerställa att en oljefilm existerar även vid nollhastighet; pumpar används ofta för att tvinga olja genom mycket små hål in i lagrets aktiva område; detta kallas hydrostatik .

Sjökortsinspelning 1: Start av en spole som rullas med en lätt förlängning

Diagramregistrering 2: Valsverksvariabler vid start av SR-spolen

I diagram 1 var skalan för nedskruvningspositionen ( mauve trace ) 0,2 mm per division; det här var för grovt. Följaktligen skapades diagram 2 från en liknande spole, men med en skala för nedskruvning på 0,06 mm per division; det vill säga från 5,8 mm till 6,4 mm.

Lägg märke till att kraften ( ljusgrönt spår ) har hållits konstant av den automatiska styrningen, vilket har höjt nedskruvningarna ( mauve trace ) när hastigheten ( röd trace ) har ökat. Denna ökning av skruvläge är ett mått på hastighetseffekten av vitmetalllager.

Excel-plot över de uppmätta effektdata för lagerhastighet och kurva som matchar dessa punkter

För en mer noggrann mätning mäts kraften i varje kvarnställ när det körs genom sitt hastighetsområde utan band närvarande.

Värdena uppmätta från diagram 2 plottades i ett Excel-kalkylblad. Ekvationen som användes för att matcha de uppmätta punkterna var 680×POWER((hastighet/1200),0,225)-285 .

Observera att användningen av oljehydrostatik kan hålla oljefilmen nästan konstant upp till cirka 20 % av full hastighet; därför skulle ingen nedskruvningsrörelse krävas i det låga hastighetsområdet (detta visas som den röda linjen i grafen för de uppmätta punkterna).

Kom nu ihåg gaugemeterekvationen i sin enklaste form:

h = S – S _d – ( F – F _d ) / M

Denna ekvation är modifierad för att inkludera backup-rullagerhastighetseffekten Sv , speciellt vid valsning av produkt som _har en tjocklek som liknar hastighetseffekten (~400 μm vid vissa tempereringsverk). Således,

$$h=S-S_{d}-S_{v}-{\frac {F-F_{d}}{M}}$$

 

 

 

 

()

Diskontinuitet i spänningen mot töjningen av glödgat stål

Diagram 4: Diskontinuitet vid flytgräns

Diskontinuiteten i spänningen/töjningen av glödgat stål gör det omöjligt att skapa runda förtennade stålburkar . Varhelst stålet böjs först är det där det mesta av böjningen kommer att ske, snarare än enhetligt.

Diskontinuiteten visas inom den röda cirkeln i diagram 4. Det är anledningen till att remsan ges en ljusreduktion (~1,3%), normalt kallad förlängning eller förlängning .

Eftersom det hänvisas till som en förlängning och inte en reduktion , sägs denna remsa endast ha reducerats en gång (vid den kalla kvarnen före glödgning); därav termen enkel reducerad (SR).

Efter förlängningen är diskontinuiteten inte längre närvarande.

Alternativt; efter glödgning kan stålbandet reduceras en andra gång (med upp till 30%) för att göra det både tunnare och arbetshärdat . När detta är gjort sägs remsan ha reducerats två gånger; det vill säga fördubblad reducerad (DR).

Betygsanpassning

Medan ett tandemverk rullar samlar "setup"-datorn in följande information:

• motorströmmar, spänningar och hastigheter
• bandspänningar
• rullande krafter
• rullgap (nedskruvningslägen)
• Röntgenmätare avläsningar.

Den har också tillgänglig spolens schemainformation:

• ingångens tjocklek och bredd
• erforderlig utloppstjocklek
• stålkvalitet

De faktiska valskrafterna jämförs med de krafter som förutsägs av valsmodellen givet den information som erhålls. Eventuella skillnader justerar de beräknade krafterna genom att trimma kraftadaptrarna, F _a . Således blir ekvation 5

h = S – S _d – S _v – ( F + F _a – F _d ) / M

Kom ihåg att ekvation 3 gav tryckhållfastheten för stål vid BlueScope ståls kallkvarn med 5 stativ

₀ K = k + k ₁ [ k ₂ + ln( H / h ) ] ^{k ₃}

Medelvärdet för kraftadaptrarna trimmade värdet på k ₀ för den faktiska lutningen som rullas. Även kraftadaptrarnas lutning korrigerade arbetshärdningshastigheten, k ₃ för samma stålkvalitet. Värdet på k ₃ för superband var ungefär två gånger det för normal plåt. Detta gjorde växlingen mellan kvaliteter från spole till spole mycket smidigare.

Träning

Några svårigheter uppstår vid gängning av någon tandem kallkvarn.

 
  Gängning av ett 2-stativ Temper Mill Stand 1 stängt gap Stativ 2 öppet gap

Ett sätt att minimera dessa problem är att använda "open-gap"-gängning.

Vid gängning med öppen spalt har nästa stativ som ska trädas ett rullgap som är större än remsans tjocklek. När den väl är gängad sänks den översta arbetsrullen ner på remsan och sedan går remsan vidare. Träning med öppen öppning säkerställer att huvudänden inte markerar arbetsrullarna när den går in i rullgapet. Och att ha remsan stoppad när nedskruvningarna sänks undviker man sladd eftersom arbetsrullen bara rör remsan.

För gängning med "stängda mellanrum" av en tandemfräs är det viktigt att huvudänden på remsan förblir platt så att den lätt kommer in i nästa stativ. Genast går remsan in i ett stativ, det finns ingen spänning på någon sida om den; detta betyder att kraften skulle vara större än vid valsning, så valsgapet (nedskruvningar) måste initialt ökas lite i förhållande till vad som krävs vid valsning för att förhindra överdriven kantvåg.

Inställningen för nedskruvning med stängt gap beräknas med hjälp av fräsmodellen för gänghastighet och utan spänningar.

Ett annat problem med gängning med stängda mellanrum är hastigheten på stativet som gängas. Det måste vara snabbare än det fortgående stativet, så att remsan inte byggs upp mellan stativen; men inte så snabbt att den drar den inlärda remsan för snabbt och bryter remsan.

I alla fall kommer remsans huvudände att förbli tjockare på grund av bristen på spänningar när den gängas; följaktligen kommer det att finnas en ansenlig mängd av huvudänden off-gauge remsa som måste skrotas senare.

Lägg märke till i gif-simuleringen att huvudändens hastighet förblev konstant vid rörelse. Detta var praxis vid BlueScope Steels kallkvarn med 5 stativ.

Kontrollfrågor

Styrningen av ett tandemvalsverk är flerskiktigt.

Två exempel visas för BlueScope Steels härdfräs No.2 med utgångsstativet konfigurerat för remsform (planhet).

Tempereringskvarnkontroll för stor minskning, > 20 %

Tempereringskvarnkontroll för liten reduktion, (förlängning < 2%)

På den lägsta nivån är ström/spänningsstyrningen av de elektriska DC-drivmotorerna .

På denna nivå är tränsen och rullarna i spänningsläge med öppen slinga; det betyder att de körs med en spänning som är relaterad till bandhastigheten och en ström som styrs enligt den spänning som krävs i den närliggande banden. Spännrullen har en motorström för att dra den inlärda remsan, och utbetalningsrullen genererar för att dra tillbaka mot remsan. För att hålla dessa spänningar konstanta under acceleration/retardation av kvarnen måste en extra ström läggas på rullarna och tränsen för att producera det extra vridmoment som krävs för att accelerera/bromsa dem, speciellt när det finns en stor del av en spole på en rulle. Detta kallas "tröghetskompensation".

Ovanför de direkta motorkontrollerna finns det sista stativets kraftkontroll som ställer in remsans planhet. Valsarna värms upp långsamt under bearbetning av en spole, och detta skulle stänga valsgapet och öka valskraften; för att förhindra denna ökning höjer kraftkontrollen dock nedskruvningarna då och då, efter behov.

Även på denna nivå finns spänningskontrollen mellan stativ. Den kan verka in i någon av de intilliggande stativen, men som i diagrammen som visas, verkade den in i båda stativen i de visade proportionerna.

Tjockleks-/förlängningskontrollerna och hastighetsprofilen sitter över alla andra kontrollslingor. Hastighetsprofilen bestäms i den matematiska modelleringen enligt den önskade reduktionen. Den multipliceras med huvudrampens hastighet som ställts in av operatören med hjälp av hans/hennes inmatningar, vilka är: gänga (gå till gänghastighet); köra (accelerera till toppfart); håll (stopp acceleration/retardation); stopp (stadig retardation till nollhastighet); och nödstopp (använder maximal möjlig retardation).

Back-up rulle excentricitet

Med varmvalsade plattor och plåtar varierar tjockleken främst på grund av temperaturförändringarna längs längden. De kallare delarna är ett resultat av stöden i eftervärmningsugnen.

Vid kallvalsning är praktiskt taget hela remstjockleksvariationen resultatet av excentriciteten och orundheten hos stödvalsarna från ca stånd tre i varmbandsbruket till den färdiga produkten.

Hydraulisk kolv som korrigerar ut-ur-rund BU-rulle

Back-up rullens excentricitet kan vara upp till 100 μm i storlek per stack. Excentriciteten kan mätas off-line genom att plotta kraftvariationen mot tiden med kvarnen på krypning, ingen remsa närvarande, och kvarnen står under ytan.

En modifierad fourier-analys användes av den kalla kvarnen med fem bestånd vid Bluescope Steel, Port Kembla från 1986 tills den kalla kvarnen upphörde med produktionen 2009. Inom varje spole lagrades utgångstjockleksavvikelsen gånger 10 för varje meter remsa i en fil. Denna fil analyserades separat för varje frekvens/våglängd från 5m till 60m i steg om 0,1m. För att förbättra noggrannheten användes en hel multipel av varje våglängd (100*). De beräknade amplituderna plottades mot våglängden, så att topparna kunde jämföras med de förväntade våglängderna som skapas av stödrullarna i varje stativ.

Om ett kvarnställ är försett med hydraulkolvar i serie med, eller istället för de elektriskt drivna mekaniska skruvarna, så är det möjligt att eliminera effekten av den excentriciteten för back-up valsen. Under rullning bestäms excentriciteten för varje stödrulle genom att ta prov på rullkraften och tilldela den till motsvarande del av varje stödrulls rotationsposition. Dessa registreringar används sedan för att manövrera den hydrauliska kolven för att neutralisera excentriciteterna.

Känsligheter och deras användningsområden

Diagram 5. Valsverkets kraftändring för en nedskruvningsrörelse

I ett tandemvalsverk är utväxlingen av nedskruvningarna normalt tillräckligt stor för att arbetsvalsarna kan flyttas under valsningen. Med ett sådant förhållande sägs snäckväxeln vara självlåsande ; det vill säga att rullkraften inte kan trycka igenom snäckdrevet och rotera den elektriska drivmotorn. Det betyder att ingen broms är kopplad till elmotorn.

Om det under valsning är nödvändigt att flytta nedskruvningarna för att korrigera antingen rullkraften eller utloppsremsans tjocklek, betrakta triangeln, som visas inringad i grafen 5 och förstorad i skiss 6, skapad när nedskruvningarna flyttas ner från den lila linjen till den gröna linjen .

Remsan blir tunnare och rullkraften ökar.

Skiss 6: Förstoring av området som visas inringat i diagram 5

Δ S = Δ h + a med Δ H = 0 , men lutningen Q = Δ F / Δ h , och lutningen M = Δ F / a

Därför är Δ S = Δ F / Q + Δ F / M

Vilket ger

$${\frac {\Delta S}{\Delta F}}={\frac {1}{Q}}+{\frac {1}{M}}$$

 

 

 

 

()

Denna term används för att säkerställa att kontrollen av rullkraften med hjälp av skruvarna är oberoende av metallen som rullas.

Att använda Δ F = Q ⋅ Δ h ger

$${\frac {\Delta s}{\Delta h}}=1+{\frac {Q}{M}}$$

 

 

 

 

()

Denna faktor används för att garantera att kontrollen av utloppstjockleken med skruvarna är oberoende av metallen som valsas.

Processkänsligheterna är mycket produktberoende, så för att erhålla rimliga värden beräknas de offline i installationsdatorn och införlivas sedan i realtidskontrollsystemen.

Massflöde

Femstativ tempereringskvarn (remsan går från höger till vänster)

Ett valsverk skapar inte och förstör inte stål under normal stationär valsning. Det vill säga, samma massa stål lämnar bruket som den kom in i den.

Och så; uttrycker ingångsvolymen som H .⋅ W _n . ⋅ ℓ , och utgångsvolymen h ⋅. B _x .⋅ L

Men ingångslängden ℓ = v .⋅ t och utgångslängden L = V t där t är den totala rulltiden.

Därför ρ ⋅. H ⋅. W _n ⋅. v ⋅. t = ρ ⋅. h ⋅. B _x ⋅. V ⋅. t

Densiteten ρ påverkas inte av rullningsprocessen och kan tas bort. Bredden kan ändras, men det gör det med en obetydlig mängd (endast en bråkdel av remstjockleken), och därför kan förändringen ignoreras vid valsning av tunn (<1 mm) remsa. Rullkraften tenderar att vidga remsan, medan ingångs- och utgångsspänningarna (när sådana finns) tenderar att göra remsan smalare.

Sjökortsinspelning 3 gjord i huvudänden av en dubbel reducerad spole med 25 % reduktion

Så, om man tar bort densiteten ρ , bredden W och tiden t , ger man

$$hV=Hv$$

 

 

 

 

()

Detta kan användas i ett valsverk för att beräkna utloppstjockleken h som röntgenmätaren kommer att mäta när motsvarande del av bandet slutligen når mätaren.

Genom att anta att hela den kalla kvarnens huvudände har avlägsnats fullständigt av den tidigare kontinuerliga glödgningslinjen; den schemalagda ingångstjockleken kan ersättas med den faktiska ingångstjockleken, H . Då kan ingångs- och utgångstygets hastigheter användas som mått på ingångshastighet, v respektive utgångshastighet V.

Den resulterande beräknade tjockleksavvikelsen kan ses som den ljusblå kurvan i diagramregistrering 3. Lägg märke till att tjocklekskontrollen arbetade med gänghastighet (röd kurva). I blockschemat är den beräknade tjockleken q62 och tjockleksfelet q66. Notera användningen av känslighetsfaktorn dS/dh som q2. Det finns två andra intressanta faktorer med denna kontroll:

Blockschema för tjocklekskontroll av ett valsverk med två stativ

En ojämn PI-kontroll

Inledningsvis verkar kontrollen vara en PD-kontroll där q18 innehåller en P-term lika med q16 gånger förstärkningen q4, plus en D-term som är konstanten q10 gånger förändringen i q16. Men eftersom q20 faktiskt läggs till sig själv, omvandlar denna summering P-termen till en integral, och D-termen blir en proportionell term. Detta arrangemang har fördelen att förstärkningarna q4 och q10 kan ändras medan styrslingan är aktiv utan att orsaka ett steg i utgången q20; det vill säga det är en ojämn kontroll . Den övergripande max-/minimigränsen är utformad för att förhindra motsvarigheten till integral avveckling .

En NIC-trimning i spänningskontrollen mellan stativet

Om man normalt flyttar nedskruvningarna för att korrigera remstjockleken skulle spänningen mellan stativet störas; dess kontroll skulle då behöva trimma hastigheten på lämpligt stativ för att återställa spänningen. Så vad som krävs är en kompenserande trim som appliceras på spänningskontrollen samtidigt som tjocklekstrimningen går till nedskruvningarna. Detta kallas en icke-interaktiv kontroll; det vill säga att tjocklekskorrigeringen inte längre stör spänningen. I blockschemat omvandlas skruvtrimmet q20 till en kompenserande IS-spänningstrim med hjälp av känslighetsfaktorn dT/dS (värdet av denna mättes genom att applicera en liten stegförändring på tjockleksreferensen och leta efter eventuell förändring i IS-spänningen ).

För spolen i sjökortsregistrering 1 ovan var den kalla kvarnens huvudände inte helt borttagen vid CA-linjen; detta kan ses som skillnaden mellan röntgenavvikelsen ( grönt spår ) och den beräknade tjockleksavvikelsen ( ljusblått spår) .

Tränsrullar

Tränsvalsar används för att öka eller minska bandspänningen i en bearbetningslinje eller ett valsverk.

Skiss 7 visar två, tre och fyra rullträns som indikerar variablerna

Tränsrullarna kommer normalt i en uppsättning av två, tre eller fyra rullar med samma diameter, med varje rulle individuellt driven av en elektrisk motor/generator. Ingångstygets drivningar genererar kraft när de drar sig tillbaka och ökar bandspänningen efter dem. Denna kraft tillhandahålls delvis av utgångstygeln som drar i remsan före den och på så sätt minskar remsspänningen efter den.

För att hjälpa till med trädning finns det vanligtvis guider och till och med en nyprulle eller rullar, som visas för tvårullstygn i skiss 7.

För att bestämma storleken på de elektriska drivenheterna är det nödvändigt att beräkna värdena för mellanspänningen eller spänningarna.

Den maximala spänningsskillnaden Δ T över en enstaka tränsvals bestäms av lindningsvinkeln α (i radianer) för remsan runt den rullen, och rull-till-remsa glidfriktionen μ , dvs.

$$T_{1}=e^{\mu \alpha }$$

 

 

 

 

()

Effekten som krävs för att driva ett sådant träns är ( T ₂ – T ₁ ) ⋅ ( R + h /2) ⋅ ω , dvs ( T ₂ – T ₁ ) ⋅ v

var

• v är bandhastigheten i m/sek
• h är remstjockleken i meter
• R är radien för tränsrullarna i meter och
• ω är tygelns vinkelhastighet i radianer per sekund.

Den elektriska effekt som krävs av drivmotorn = volt ⋅ ampere. Spänningen kan regleras enligt bandhastigheten, vilket gör att strömmen blir proportionell mot den erforderliga spänningsändringen.

För att förhindra glidning, körs tränsrullarna inom en uppsättning med endast en bråkdel p av den maximala spänningsskillnaden, så den faktiska spänningsskillnaden över varje tränsrulle kommer att vara e ^{p ⋅ μ ⋅ α} . Det vill säga ett lägre friktionsvärde används i beräkningarna.

Tänk på det enklaste fallet:

Ett tränsset med två rullar där båda rullarna har samma lindningsvinkel α . Då är T ₂ = T ₁ ⋅ e ^{p ⋅ μ ⋅ α} , och T ₃ = T ₂ ⋅ e ^{p ⋅ μ ⋅ α} .

Därför T ₂ / T ₁ = T ₃ / T ₂ vilket ger, T ₂ ² = T ₁ ⋅ T ₃

Och så

$$T_{2}={\sqrt {T_{1}T_{3}}}$$

 

 

 

 

()

Tänk nu på ett exempel:

Låt _{_} T3 = T1 _, T2 = 1,4142 _{T1 2,0} sedan

så spänningen över det första tränset blir (1,4142–1,0) T ₁ = 0,4142 T ₁

och spänningen över det andra tränset blir (2,0–1,4142) T ₁ = 0,5858 T ₁

Så det andra tränset kräver drygt 40 % mer motorkraft jämfört med det första.

Om man vill minska antalet reservdelar; då är det önskvärt att ha motorer med samma effekt.

För att göra det måste lindningsvinkeln på det första tränset ökas så att spänningsskillnaden över båda tränsen är densamma;

T3 - T2 = T2 - T1 _{_ _ _ _} . Det är,

$$T_{2}=1,5T_{1}$$

 

 

 

 

()

Låt lindningsvinkeln för tränsrulle 1 vara ( α +Δ) , där α är lindningsvinkeln för tränsrulle 2.

Det vill säga T ₂ / T ₁ = e ^{p ⋅ μ ⋅( α +Δ)} = 1,5

Att ta logaritmer på båda sidor ger

$$p\cdot \mu \cdot (\alpha +\Delta )=\ln(1.5)$$

 

 

 

 

()

För tränsrulle 2: T ₃ / T ₂ = e ^{p ⋅ μ ⋅ α} = 2,0 / 1,5

Återigen, att ta logaritmer ger

$$p\mu \alpha =\ln(1.334)$$

 

 

 

 

()

Från ekvationerna B4 och B5:

$$\Delta =0,4094\alpha$$

 

 

 

 

()

Betrakta nu ett träns med fyra rullar med spänningar T ₁ till T ₅ . Normalt i ett sådant tränsset har alla rullarna samma remslindningsvinkel, som visas i skiss 7.

Omlindningsvinkeln T3 _från Ti _. till T5 _är densamma som _från T3 till

Använd därför ekvation B2

$$T_{3}={\sqrt {T_{1}T_{5}}}$$

 

 

 

 

()

Liknande,

$$T_{4}={\sqrt {T_{3}T_{5}}}$$

 

 

 

 

()

Så om vi låter T ₅ = 4,0 T ₁ så är T ₃ = 2,0 T ₁ vilket ger T ₂ = 1,4142 T ₁

Och slutligen

$$T_{4}={\sqrt {8}}T_{1}=2.8284T_{1}$$

 

 

 

 

()

Spänningskontroll mellan stativ

Tänk på en fiolsträng:

Spännkraften F som etableras i strängen med längd ℓ är relaterad till e , hur mycket strängen sträcks:

( F ⋅ ℓ ) / ( e ⋅ A ) = E

var

• F / A är spänningsspänning (spänningskraft/areaenhet)
• e / ℓ är töjningen (mängd sträckning, i PU)
• E är ungas elasticitetsmodul

och arean A är lika med strängarnas tvärsnittsarea.

Tänk nu på remsan mellan stativen på en kvarn med flera stativ:

Med tiden Δ t lämnar en extra längd på ℓ = V ⋅Δ t det föregående stativet, där V är remsans utgångshastighet.

För att etablera en spänning T i denna bit av remsa, krävs att den sträcks med en mängd lika med T ⋅ V ⋅Δ t / ( E ⋅ A ) i tidsintervallet Δ t ; det vill säga en hastighet på T ⋅ V / E ⋅ A där remsans tvärsnittsarea A är lika med dess bredd W gånger dess tjocklek h ,

Om hastighetsskillnaden mellan nästa läktares ingång och föregående läktares utgång skiljer sig från detta, kommer remsan med längd L mellan de två läktarna att sträcka sig eller slappna av med Δ e , integralen av hastighetsskillnaden, och detta kommer att ändra den faktiska spänningen som visas i blockschemat.

Diagramregistrering 4 start av rullning av en spole som visar spänningskomponenter

Den övergripande överföringsfunktionen från hastighetsskillnad till spänning är:

E ⋅ W ⋅ h / ( sL + V )

Därför delar styrslingan spänningsfelet med bandbredden W och bandtjockleken h för att få ett konsekvent svar.

I diagramregistrering 4 kan de två komponenterna som krävs för att ändra spänningen ( brunt spår ) ses i hastighetstrimningen ( ljusblått spår) . Det finns den extra hastighetsskillnaden som krävs för att sträcka remsan redan i mellanståndet (stor trim); och en liten ökning av hastighetsskillnaden för att bibehålla den nya spänningsnivån.

Remsform

Bandformen är en av de viktiga kvalitetsfaktorerna för en färdig remsa, tillsammans med tjockleken och de mekaniska egenskaperna.

Dålig form avslöjas när remsan inte ligger plant när den placeras ohämmat på en plan yta. För att utföra detta test, tas ett prov av remsan minst 3 omslag från änden av den färdiga spolen; detta kallas en "run-out".

Skiss 8. Platta verser Krönta rullar

Formfel uppstår när remsan inte har rullats jämnt över sin bredd. Problemet är att remsformen inte kan ses medan remsan rullas eftersom den är under spänning; därav behovet av att göra en run-out.

De huvudsakliga formdefekterna är:

• Kantvåg; antingen på ena sidan eller båda.
• Mittspänne. Detta tenderar att vara motsatsen till kantvåg.
• Kvartsspänne. Detta sker mitt emellan mitten och endera kanten.
• Fiskbensspänne. Detta tillskrivs regioner med tvärspänning, som visar sig som diagonal buckling.

Ett fel i formen anges i I-enheter. Om en del av 100 m remsa rullas 1 mm längre än resten, är det fel av en I-enhet.

Det finns några sätt som formen kan påverkas på:

Skiss 9 som visar positionen för WR-böjcylindrarna

1. Slipad krona, termisk camber och rullkraft (se skiss 8).

   Under de första dagarna förlitade sig de önskade värdena för dessa på erfarenheten av många off-line formprover. Men Edwards et al och andra måste lösa problemet matematiskt.

   Off-line förvärmare för arbetsrullar använder en elektrisk spole för att inducera strömmar i arbetsrullen som förs in genom spolen. Dessa strömmar värmer upp arbetsvalsen och skapar en termisk camber innan valsen placeras i kvarnen. Detta minskar de problem som uppstår vid valsning av de första rullarna efter att kallbearbetningsvalsar lagts in i bruket.
2. Arbeta valsböjning (se skiss 9). Arbetsvalsböjcylindrarna trycker isär arbetsvalslagren och de yttre ändarna av arbetsvalsarna. Mängden böjning (cylindertrycket) varieras beroende på formfelet (kantvåg eller mittspänne) som observerats i formutloppet av de föregående spolarna.
3. Mellanliggande rullar positionering
   

   Skiss 10 är av en 6-hög kvarn som visar positionen för de mellanliggande valsarna.

   I den 6 höga kvarnen som visas i skiss 10 kallas valsen mellan arbetsvalsen och motsvarande stödvals en mellanvals.

   Dessa mellanvalsar har förmågan att röra sig horisontellt något in i eller ut ur kvarnställningen. Därigenom påverkas remsformen.
4. Kylvätskefördelning

   Fin kontroll av remsans form uppnås genom att tillsätta ett flerzonshuvud som sprutar vatten (antingen varmt eller kallt) på arbetsvalsarna vid utgången från det sista beståndet av en tandemkvarn.

   Men problemet kvarstod fortfarande; att små fel i bandets form inte kunde ses under rullning på grund av spänningen.
5. Shapemeter mätning och kontroll

   En mängd olika formmätare har utvecklats. De är i huvudsak multi-segment spänningsmätare . Det finns ASEA stressometer, Broner strainweb och Davy-Mckee Vidimon luftlager formmätare.

   Dessa formmätares rullar gjorde det möjligt att mäta remsans form och omedelbart justera den eller de lämpliga zonerna i flerzonssprayhuvudet på stativet intill formmätarrullen; därmed uppnås god formkontroll.

Spolen kollapsar

Figur 1

1. partiellt sjunkande spole
2. spiral med veck i ögat
3. spole med hylsa och klossar
4. spole med pseudohylsa.

Om en spole av tunn remsa lindas med låg spänning, kanske den inte har styrkan att stödja sig själv och kan kollapsa, särskilt om den hanteras grovt, se figur 1(a). En lösning är att tillhandahålla klossar för att stödja spolarna mer lämpligt.

Om en stor spole lindas med hög spänning, byggs spänningsspänningen upp på de inre omslagen och kan få dem att böjas, som ses i figur 1(b). En tidig lösning var att placera en stålhylsa på spännrulldornen innan spolen startade. Men lastningen av hylsan saktade ner produktionen och hanteringen av hylsan tillbaka från följande produktionslinjer tillförde en extra kostnad.

Figur 1(c) visar en spole med en hylsa som sitter på klossar.

Industrial Automation Services tog fram en lösning. De tidiga lindningarna lindas med hög spänning för att skapa en pseudohylsa, sedan lindas spolens kropp med en måttlig spänning som stöds av den pseudohylsan; såsom visas i figur 1(d).

Datorer och HMI

På 1980-talet blev det möjligt för digitala bildskärmar att ersätta hårdkopplade sänggavel-mimiker och operatörskontroll/displaypaneler.

Beskrivningarna nedan är baserade på uppgraderingen av BlueScope Steels kallkvarn med 5 stativ 1985.

Det finns normalt tre nivåer av datorer som är direkt kopplade till ett tandemvalsverk, som visas i skiss 11.

Skiss 11 visar datornivåerna associerade med en tandemkvarn

Nivå 1 realtidskontroll

. lägsta programmerbar logisk styrenhet , PLC nivån finns en eller minidator

PLC:n eller minidatorn innehåller styrslingorna som driver valsverket. Den tar emot indata till dessa dynamiska kontroller direkt från det fasta skrivbordet och får målen för utgångstjockleken, spänningarna och skruvningslägena från installationsdatorn.

Skrivbordskontrollerna inkluderar hastighetsförfrågningar (gänga, kör- och stopptryckknappar), eventuella nedskruvningsrörelser (varje joystick har höjning, sänkning, tilt åt vänster och tilt höger) och spänningstrimningarna (ökning/minska vippbrytare) .

Nivå 2 batchbearbetning

På nivå 2 finns ett tangentbord och en skärm med ett menybaserat gränssnitt till installationsdatorns fabriksmodell. Detta operatörsgränssnitt beskrivs normalt som H uman M achine I nterface, HMI . Genom detta gränssnitt trimmar operatören inställningen för nästa spole. Han/hon kan trimma de individuella stativreduktionerna, spänningarna mellan stativet och topphastigheten efter behov. När det sista stativet har kraftkontroll kan rullkraften även trimmas.

På den här nivån finns det några TV-monitorer. På BlueScope Steels kallverk inkluderade dessa monitorer:

• En efterlikning av processen med digitala visningar av: status (PÅ / AV, kör / stoppad); skruvlägena i mm i de övre stödrullarna; stativets hastigheter i mpm i de nedre back-up rullarna; spänningsavläsningarna i kN intill spänningsvalsarna, och diametern på spolen på spänningsrullen.
• En display med samlingar av stapeldiagram grupperade efter typ: det vill säga spänningarna, rullkrafterna och strömmarna i procent. Denna display har också en graf över tjockleksfelet i procent.

Dessa displayer kan faktiskt anslutas till antingen nivå 1 eller nivå 2; till exempel, efter den nyare (1997) BlueScope Steel-uppgraderingen av deras 6-stativ varmbandskvarn, drivs operatörsdisplayerna av nivå 1-PLC:erna.

Nivå 3 tillsyn

Installationsdatorn får varje spoles primära data från en schemaläggningsdator . Denna schemaläggningsdator tar vanligtvis emot produktens data från föregående produktionsenhet och kommer att vidarebefordra resultatet av valsningen till nästa enhet.

De primära data som skickas av schemaläggningsdatorn består av den nominella ingångstjockleken och -bredden, sikttjockleken och siktbredden vid rullning av en plåt.

. sätter mänskliga datorgränssnitt , HCI - ihop spolarna eller plattorna som ska bearbetas inom varje kampanj med hjälp av hans/hennes terminal

En kampanj börjar med en schemalagd rollbyte; det vill säga när alla arbetsvalsar i tandemkvarnen byts samtidigt.

För en kall tandemkvarn har kampanjen en kistformad breddprofil. De första spolarna är ungefär 3/4 av hela bredden. Efter hand blir spolarna bredare tills maximal produktbredd uppnås. Detta gör att rullarnas termiska välvning kan utvecklas innan produkten rullas i full bredd. Från och med då blir produkten smalare för att undvika det överdrivna slitaget på arbetsrullen som motsvarar bandkanterna.

Valsverksdefinitioner

Ritning som visar symbolerna relaterade till tjockleken under valsning

Dessa definitioner gäller endast valsning av plattor, plåtar och band i ett valsverk.

Minskning

Reduktion, r definieras som förändringen i tjocklek per enhet med avseende på ingångstjockleken H , och så $\quad$ r = ( H – h ) / H $\quad$ där h är utgångstjockleken .

När materialet reduceras blir dess längd proportionellt längre; detta kan ses i den bifogade GIF-filmen .

Det finns många andra definitioner av ordet reduktion; såsom i kemi , medicin , kirurgi , säkerhet , investeringar och i en mer allmän mening, såsom i matlagning och avfallsminskning , etc.

Förlängning

När reduktionen är liten (<2%) kallas det normalt för en förlängning eller en förlängning.

Förlängning, e definieras som ökningen av längden per enhet på grund av en minskning av arean med avseende på ingången, oavsett form.

Skiss 12 illustrerar förlängningsnomenklaturen

Diagram 6: Diskontinuitet vid flytgräns

Givet en inmatningslängd ℓ , då $\quad$ e = ( L – ℓ ) / ℓ $\quad$ där L är den slutliga längden.

Om bredden är opåverkad (som är fallet vid valsning av tunn remsa <2mm, se skiss 12), så ger massflödeskonceptet {\displaystyle \ $quad }$ H . ℓ = h . L

Således förlängning, e = ( H – h ) / h

När förlängningen är stor mäts den normalt som reduktion, r som definieras som förändringen per enhet i tjocklek med avseende på ingångstjockleken H ; och så om h är utgångstjockleken,

Reduktion, r = ( H – h ) / H

Observera att tjockleksskillnaden ( H – h ) divideras med utloppstjockleken h för förlängning och med ingångstjockleken H med reduktion; så de är inte identiska.

En förlängning på typiskt 1,3 % utförs för att eliminera diskontinuiteten (sedd vid sträckgränsen i diagram 6) i spännings- och töjningsreaktionen hos tunt stålband innan det konserveras redo för att göra burkar avsedda för att innehålla konserverade livsmedel.

Det finns många andra definitioner av ordet förlängning; såsom i astronomi , plasmafysik , genetik och i en mer allmän mening, som att hänvisa till förlängningen av ett elastiskt band.

Se även

• Deformation (teknik)
• Plasticitet (fysik)
• Ståltillverkning
• Stålverk
• Valsning (metallbearbetning)
• Valsverk
• Arbetshärdning
• Yield (teknik)
• Lådslider rullformningsmaskin

Vidare läsning

1. Sims, RB, "Beräkningen av valskraft och vridmoment i varmvalsverk", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers , vol 168, nr. 1, juni 1954, sid. 191-200.
2. Lianis, G.; och Ford, H., "Control equations of multi-stand cold rolling mills", Proceedings of IME, vol. 171, juni 1957, sid. 757-776.
3. Bryant, GF (redaktör); "Automation of Tandem Mills", The Iron & Steel Institute , London, 1973.
4. Aeberli, K., "Kombinera det utökade massflödeskonceptet med excentricitetskontroll för utmärkt mätprestanda", Metals, Mining & More, Siemens , vol. 1 januari 1997.
5. Pittner, John; Simaan, Marwan A., "Tandem Cold Metal Rolling Mill Control using Practical Advanced Methods", Springer , London, 2010.