板形系统范文

板形系统范文（精选7篇）

板形系统 第1篇

关键词：热轧带钢,板形,弯辊力,凸度,平直度

板形是板带材质量的重要指标之一, 随着市场经济的日益激烈, 用户对板形质量的要求越来越高。在生产过程中, 经常出现单边浪, 双边浪, 楔形, 凸度超标等板形缺陷。板形指标是带钢产品的一项非常重要的质量指标, 对提高其市场竞争力具有关键作用。在前些年, 自动板形控制系统及其模型参数调试大多依赖国外几家知名供应商, 如西门子、西马克、TMEIC等。国内对板形控制系统的研究起步较晚, 但进展很快, 国内自主开发了基于PC服务器和TDC控制器的全套自动板形控制系统。

1 板形控制功能配置

马钢一钢轧总厂CSP轧机板形控制功能包括过程控制级 (L2) 的板形设定控制及与之相关的板形自学习计算、工作辊温度场计算、轧辊磨损计算等和基础自动化级 (L1) 的弯辊力前馈控制、凸度反馈控制及平坦度反馈控制等。这些控制功能与相应的辊形技术配合, 构成较完整的热连轧板形控制解决方案。

1.1 板形设定控制

板形设定控制是根据精轧设定模型的结果计算各机架工作辊的窜辊位置和弯辊力, 并将设定值下达给L1。该功能主要是为保证带钢头部的凸度目标值和精轧机下游各机架的比例凸度, 从而也保证带钢平坦度目标值。为了提高板形设定控制的精度, 同时又考虑到要在很短的时间内计算出工作辊弯辊力和窜辊量的设定值, 利用二维变厚度有限元模型先进行18万多个工况的理论计算, 而后对计算结果进行处理, 得出可在线应用的板形设定计算模型:

式中, Cm为力学变形产生的机械凸度;Fb为弯辊力;Fp为轧制力;Cbc、Cbe为支持辊综合辊形的中部、边部等效辊形;Cwc、Cwe为工作辊综合辊形的中部、边部等效辊形;Fwg为工作辊初始辊形, 即磨削辊形;C0为常数量;kb、kp为弯辊力和轧制力的影响系数;kbc、kbe为支持辊中部、边部等效辊形的影响系数;kwe、kwe为工作辊中部、边部等效辊形的影响系数;kwg为工作辊初始辊形的影响系数。

轧辊综合辊形是一条非常复杂的曲线, 需10次以上的多项式才能完全表示。显然, 这不能满足在线简化模型的需要, 须对其进行简化, 提炼出既能描述轧制过程中综合辊形的真实情况, 又能满足在线设定要求的特征参数。为此, Cwc、Cbc采用与实际综合辊形等值的抛物线辊形等效, Cwe、Cbe采用实际综合辊形的均值辊形等效, 在辊身中部与辊身边部之间采用过渡辊形。轧辊等效辊形如图1所示。

为了提高板形设定模型的精度, 运用精轧出口安装的凸度仪和平坦度仪测量的实际数据, 对模型中的一些系数 (如C0) 进行修正即自学习。

1.2 弯辊力前馈控制

在热连轧板带生产中, 由于轧制温度、材质、精轧来料厚度、辊形等无法准确预知的因素以及AGC系统对于辊缝的不断调整, 轧制力在轧制过程中会在很大的范围内波动。轧制力变化影响本机架出口带钢凸度, 破坏机架间的协调平衡, 如果任其发展而不加以干预, 则带钢的板形必然也会随之波动, 造成生产的不稳定和带钢板形的恶化。为了消除这种由于轧制力的波动给带钢板形带来的不良影响, 有效的方法是使弯辊力随轧制力的波动以一定周期做出相应的补偿性调整, 以稳定承载辊缝的形状, 使带钢顺行、轧制生产稳定。弯辊力前馈控制的计算模型为:

式中, △Fb为弯辊力前馈调节量;△Fp为轧机咬钢后轧制力变化量;kF为弯辊力前馈调节系数, 由板形设定模型计算并随设定结果传至L1。图2为弯辊力前馈控制调节效果。带钢从头轧到尾 (进行了500多次采样) , 轧制力变化了近4000k N, 为消除这些轧制力波动对板形的影响, 弯辊力相应地进行了约700k N的调节。

1.3 凸度反馈控制

凸度反馈控制根据凸度仪检测带钢实际凸度值, 与目标凸度值进行比较, 得出凸度反馈控制偏差, 依次通过调整精轧机组上游机架的弯辊力, 消除凸度偏差。当凸度实测值大于凸度目标值时, 增加上游机架的弯辊力, 反之, 降低上游机架的弯辊力。为保证在进行凸度反馈调节时不对平坦度造成影响, 对下游机架的弯辊力也要进行相应调整。凸度反馈控制采用的是基于数字PID控制器的算法, 可实现对带钢全长的凸度反馈控制, 改善带钢全长的凸度精度。

1.4 平坦度反馈控制

平坦度反馈控制根据平坦度仪检测带钢实际平坦度值, 与目标平坦度值进行比较, 得出平坦度反馈控制偏差, 依次通过调整精轧机组末两机架的弯辊力, 以消除平坦度偏差。

平坦度反馈控制采用的也是基于数字PID控制器的算法:

式中, k为控制周期序号;ΔF (k) 为弯辊力修正量的计算值;e (k) 为平坦度的偏差值;Δe (k) 为第k个控制周期平坦度的偏差值与第k-1个控制周期平坦度的偏差值的差值;kP、kI、kD为比例、积分、微分系数;kB为弯辊力对平坦度影响系数, 由有限元离线模型计算出。实践证明该算法有效, 可快速消除平坦度偏差。另外, 由于卷取机卷上带钢后建立了张力, 在张力作用下检测到的平坦度信号不能反映真实的平坦度情况, 因而平坦度反馈控制的有效控制时间段为带钢出精轧机组平坦度仪ON开始至卷取机ON结束。

2 实际应用

马钢一钢轧CSP生产线是2003年10月新建投产的宽带钢生产线, 采用了西门子开发、集成的计算机控制系统。其轧机组的F1—F7机架均装备有液压弯辊和工作辊轴向窜动系统, 精轧机组出口安装有能用于反馈控制的凸度仪和平坦度仪。

2.1 系统功能及模块结构配置

板形控制系统的网络配置与整个计算机控制系统的网络配置融为一体。热连轧机综合板形控制功能PFEC配置如图3所示, 包含在L2实现的板形设定计算模块SSU和在L1实现的动态板形控制模块ASC。

板形控制系统采用三级控制系统配置, 其中与板形控制质量相关的PDI参数由L3级生产管理系统下达, 板形设定计算在L2级过程控制系统的PCS服务器内完成, L1板形实时计算在基础自动化的多CPU实时高性能的TDC控制器内完成, 其中TDC主要完成与板形实时控制相关功能, 包括液压弯辊系统的压力闭环、液压窜辊系统的位置闭环和板形闭环控制等, L1 TDC主要完成与L2系统之间的通信。L1、L2之间采用基于TCP/IP协议的高速光纤以太网进行通信连接。凸度仪、平坦度仪的模拟、数字信号通过硬线与高速光纤以太网想结合的方式TDC控制器连接, 网络信号可以通过双绞线或光纤与精轧区的核心交换机或L2计算机室的核心交换机相连, TDC之间采用基于内存映像的高速GDM相连, 实现快速数据交换。

2.2 板形检测仪表

考虑到板形控制的内涵包括横截面形状 (以凸度作为评价指标) 控制和纵向纤维延伸 (以平坦度作为评价指标) 控制, 板形检测仪表分为凸度仪 (或叫多功能仪) 和平坦度仪。根据系统设计的要求, 板形检测仪表的模拟信号和数字信号直接用硬线接入L1板形控制器中, 仪表需要的设定数据通过以太网由L2服务器传给L1控制器, 再传给仪表, 也可直接通过网络传递给表。

2.3 生产实例

目前, 马钢CSP生产线生产稳定, PFEC自动板形控制系统的各项功能运行正常, 产品板形质量良好。图4为1个轧制单位内规格的变化、F5-F7机架弯辊力设定值的变化及相应的凸度和平坦度。从图4可以看出, 尽管轧制单位内带钢宽度和厚度均发生激烈变化, 弯辊力设定值能够自动适应轧制条件的波动而进行相应的改变, 使得轧后的凸度、平坦度基本控制在目标值的一定偏差范围内, 达到较高的控制精度。

3 结语

生产实践表明, 自动板形控制系统具备很好的适应性, 可将带钢的凸度和平坦度偏差控制在一定范围内, 达到了较高的控制水平。

参考文献

[1]陈先霖, 张杰, 张清东, 等.宽带钢热连轧机板形控制系统开发[J].钢铁, 2000, 35 (7) :28

[2]何安瑞, 张清东, 许健勇, 等.1800mm虚拟轧机板形控制性能[J].北京科技大学学报, 2004, 26 (2) :91

[3]何安瑞, 杨荃, 陈先霖, 等.变接触轧制技术在热带钢轧机上的应用[J].钢铁, 2007, 42 (2) :45

[4]王仁忠, 何安瑞, 杨荃, 等.LVC工作辊辊型的板形控制性能研究[J].钢铁, 2006, 41 (5) :41

板形数据挖掘与信息管理系统 第2篇

广州珠江钢铁有限责任公司的板形二级机系统是板带板形控制的中心, 使用OpenVMS为操作系统平台, C语言作为控制系统源程序开发工具。因板形二级机操作系统OpenVMS的特殊性以及C语言的特点, 大量的轧制过程数据管理的人机交互、面向对象相对较差, 大量的带钢轧制过程数据、轧辊数据仅以索引形式存放于日志文件中。对一个轧制周期的轧钢过程数据、轧辊磨损量、热凸度累积值以及每条带钢的热凸量、磨损量等信息只能在板形二级机系统中通过繁琐的手工操作进行查询, 不利于数据查询、分析、统计和板形系统的控制优化。

2 数据挖掘与信息管理系统的重要性

数据挖掘与信息管理系统为工艺技术人员、轧辊管理人员、轧机操作人员提供一个轧制力、弯辊力、轧制速度等过程数据和轧辊热凸度、磨损计算、轧辊跟踪查询平台, 为板形系统工程师提供对板形二级机系统优化平台, 为评估板形二级机系统在线计算的轧辊热凸度与磨损计算值的准确性提供大量数据依据。其数据管理系统是轧辊报表系统的来源, 其中包括每条带钢的轧辊热凸度、磨损计算值、轧制总吨位数、热凸度与磨损累积值与轧辊基本信息, 也为人机交互界面提供数据和接受外部数据的输入。数据管理系统与板形二级机通过TCP/IP协议相连, 数据挖掘方面采用全自动功能, 板形二级机系统在带钢轧制过程中所产生的过程数据, 通过数据挖掘、分析、筛选、采集, 把每块带钢的轧制数据存放于Oracle数据库中。

3 数据管理系统主要的功能模块介绍

数据管理系统包含下列几大功能模块:数据挖掘功能模块;数据采集、筛选、分析功能模块;板带轧制情况分析模块;轧辊数据分析模块;机旁轧辊备件模块和轧辊报表功能模块。数据管理系统网络连接与各终端情况见图1。

3.1 在板形二级机系统上开发数据挖掘功能模块

数据挖掘是本系统的一个重要组成部分, 是管理系统的数据来源。因板形二级机操作系统是OpenVMS系统, 源程序是C语言, 故根据OpenVMS系统的特殊性以及C语言源程序的特点, 珠钢板形二级机系统中并没有任何数据库, 所有轧制带钢的过程数据以及轧辊信息都以索引形式存放于日志文件中。首先, 因OpenVMS与Windows操作系统是完全不同性质的操作系统, 所以必须开发一个接口, 保证外部Windows平台的服务器能与板形二级机服务器相连通, 并能够对相应文件进行读、写操作。其次, 在数据挖掘方面, 在板形二级机系统上开发数据挖掘程序模块, 密切跟踪每一条带钢, 把存放在不同日志文件里的每一条轧制带钢的过程数据进行分析、挖掘, 最终把存放在不同日志文件中有价值的数值提取出来存入一个文本文件中。根据长期的实践以及珠钢现场生产的实际情况, 数据挖掘程序模块模拟“看门狗”功能, 每三分钟自动触发数据挖掘程序进行的轧制过程数据采集, 确保不漏掉一条带钢的轧制过程数据, 保障了数据的完整性, 为管理系统服务器的数据库查询、分析、统计奠定了基础。

3.2 在管理系统上开发数据采集、筛选、分析功能模块

利用开发完成的数据挖掘程序, 板形二级机系统能成功采集每一条板带过程数据并形成文本文件, 系统可以记录每卷带钢在轧制过程中的控制状态与轧辊参数。

采集到的板带及轧辊数据包括: ①MCS计算的轧制力、轧制速度、张力等值。②板形二级机计算的弯辊力、CVC串辊位等计算值。③F1-F6支架轧辊材质、轧辊类型、辊径、最大最小凸度。④每条带钢轧制时轧辊热凸度与磨损计算值;轧辊热凸度与磨损累加值、轧制吨数以及轧辊轧制公里数等数据。

在管理系统上开发板带数据采集、筛选、分析功能模块。在板形二级机系统每三分钟采集每一条板带轧制过程数据并存放于文本文件的基础上, 编写相应程序模块。通过时钟控件, 管理系统数据采集模块每秒钟自动访问板形二级机系统, 并把板带轧制过程数据的文本文件拷贝到管理系统Windows本地服务器, 并删除该文件, 没有找到该文件则自动返回, 确保板形二级机系统能正确采集下一条带钢的轧制过程数据。因所采集到的板带轧制过程数据文件是文本类型且数据存放混乱, 故有必要对所挖掘的数据文件进行系统分析, 提取所需的板带轧制过程数据并存放于管理系统本地服务器Oracle数据库中, 建立管理系统的数据库。

由于管理系统服务器的数据库中存贮的数据是从板形二级机系统原来分散的各个模块系统中提取出来的, 并不是原有数据的简单拷贝, 所以, 为保证数据库内的信息是整条板带轧制过程的完整数据, 必须保证:①数据库中的数据不能直接从原有日志文件中得到。原有各个日志文件记录的是每一项业务处理的流水帐, 这些数据不适合于分析处理, 在进入数据库之前必须经过整理、计算, 抛弃分析处理不需要的数据项, 增加一些可能涉及的外部数据。②数据库的源数据在原分散的日志文件中有许多重复或不一致的地方, 必须将其消除, 以保证数据的质量。否则, 对不准确, 甚至不正确的数据进行分析得出的结果不能指导技术人员做出正确的决策。

3.3 板带轧制情况分析模块

利用本地服务器数据仓库, 对板带的轧制过程数据, 特别是轧制力、轧制速度、弯辊力、张力等值进行详细统计、分析、汇总, 并可用图形的形式直观显示每一条板带在轧制过程的轧制力、弯辊力、张力、CVC串辊位等系统计算值与实测值的比较。实时监控板形二级机系统计算值与基础自动化执行情况, 有利于对板形二级机系统计算值修正。为技术人员提供一个板形二机级系统计算值评估平台, 特别是为产品质量 (例如板形不良的原因) 的综合分析提供数据依据。

3.4 轧辊数据及板型模型分析模块

轧辊数据主要包括每轧制一条带钢时, 产生的轧辊热凸度、磨损计算值, 以及一个换辊周期内的轧辊热凸度、磨削累加值。可利用辊形仪测到的该轧辊下机后的实际磨损量评估板形二级机系统轧辊热凸度与磨削计算值。对比板形二级机系统计算机的轧辊磨损量与轧辊实际磨损量, 有利于对板形二级机系统轧辊热凸度与磨损值数学计算模型的修正, 提高板形二级机系统对板带控制的精确度, 提高薄规格板带产品的质量与薄规格产品的生产比例。

3.5 轧辊备件管理模块

原轧机旁轧辊备件主要是磨辊间轧辊管理员通过手写的方式把轧机旁轧辊信息告知轧机操作人员, 费时、费力并极易造成错误, 不利于上机、下机轧辊的信息跟踪。通过管理系统机旁轧辊备件管理模块, 轧辊管理员只需在模块上把要上机的轧辊信息输入数据库, 轧机操作人员就可以在系统的轧机操作终端访问提取轧辊信息, 方便快捷, 大大提高工作效率, 减少人为出错, 且方便对轧辊使用情况跟踪管理。

4 数据库总体设计

4.1 设计目标

本系统采用关系数据库Oracle实现日常事务的处理, 提高了数据查询、分析处理的能力, 提高了系统的性能和维护数据的一致性。

Oracle提供了对数据仓库的全面支持, 提供了一系列的集成工具, 使用这些工具能够帮助管理人员开发、创建、管理和维护数据仓库。如何建立一个良好的数据库结构和组织形式, 使其能够迅速、准确地查找所需的数据, 是衡量一个系统性能的主要指标之一。所以, 对数据库进行设计时, 必须充分考虑到它的性能、可靠性、安全性和便于操作等方面的问题。

4.2 数据库设计

通过对板带轧制过程数据以及轧辊使用情况分析, 设计的数据项和数据结构如下:

(1) 板带基本情况。包括的数据项有板坯号、钢种号、板带宽度、板带入口厚度和板带出口厚度。

(2) 板带轧制计算值。包括的数据项有板坯号, F1～F6的轧制力计算值, F1～F6支架的CVC计算值, F1～F6弯辊力的计算值, F1～F6张力的计算值, F1～F6的热凸度值。

(3) 板带轧制测量值。包括的数据项有板坯号, F1～F6的轧制力测量值, F1～F6支架的CVC测量值, F1～F6弯辊力的测量值, F1～F6轧制速度的测量值。

(4) 在线轧辊 (上下辊) 基本情况。包括的数据项有板坯号、轧辊ID号、轧辊材质、轧辊类型、轧辊直径、轧辊长度、轧辊最小凸度、轧辊最大凸度、轧辊热凸度累积值、轧辊磨损累积值、轧辊轧制公里数和轧辊轧制吨位。

(5) 机旁备辊基本情况。包括的数据项有轧辊ID号、轧辊材质、轧辊类型、轧辊直径、轧辊长度、轧辊最小凸度和轧辊最大凸度。

(6) 用户管理基本情况。包括的数据项有用户ID、用户名、用户密码和用户权限。

4.3 建立统一的命名规则

在数据库的设计过程中, 建立统一的命名规则具有积极的意义, 可增强系统的可维护性, 加快系统的开发速度, 保持系统开发的延续性等等。其命名规则可以分为如下4类:

(1) 数据库、表、视图、字段的命名。

(2) 存储过程、存储函数、触发器的命名。

(3) 对象的命名。

(4) 变量的命名。

具体规则的制定通常根据项目组的实际需求和系统项目规范来确定。

5 系统的开发环境和运行平台

根据板形二级机系统轧制过程数据的实际情况, 考虑到数据的实时采集、容量以及各客户端使用的特点, 利用了珠江钢铁公司现有的网络资源。硬件平台主要由管理系统服务器与各客户终端系统组成, 由管理系统服务器和微型计算机构成局域网, 并与珠江钢铁公司工业以太网相连。系统服务器与工业以太网相连的目的是要解决数据采集问题以及达到最后优化控制系统的目的。

数据管理系统的运行环境如下:

服务器操作系统为Microsoft Windows 2000 Server中文标准版;客户端操作系统为Microsoft Windows XP20009x 中文版;后台数据库为Oracle9。

6 结语

本数据管理系统实现了板形控制系统轧制过程数据的自动采集、筛选和分析, 为工程技术人员提供大量的板带轧制数据, 有利于技术人员对轧制情况进行分析、改进工艺以及对轧辊的综合管理;并为评估板形二级机系统在线计算的轧辊热凸度与磨损计算值的准确性提供大量数据依据。本系统开发完成, 为工程技术人员、轧辊管理人员提供一个轧制数据分析平台和轧辊使用跟踪平台, 极大地提高工作效率。

参考文献

[1]樊志平.基于数据挖掘技术的企业信息化建设[J]商场现代化, 2008, (6) .

[2]宋擒豹, 等.数据仓库技术研究[J].计算机工程, 2002, 28 (1) .

[3]JiaweiHan, 等.数据挖掘概念与技术.范明, 等译.北京:机械工业出版社, 2004.

[4]肖忠祥.数据采集原理[M].西北工业大学出版社, 2001.

[5]萨师煊, 王珊.数据库系统概论[M].北京:高等教育出版社, 1983.

带钢智能板形控制的应用 第3篇

板形控制的实质是对带宽范围内轧辊辊缝形状的控制。传统的PID控制是基于数学模型的控制,己不能满足板形控制要求。因此,有必要建立更精确的智能控制系统模型。

确定所有对板形有影响的因素及其作用的大小,包括干扰量和控制量,建立板形生成过程的定量模型,并且研究板形检测及计算机控制所需要的信号处理方法、控制规律和控制算法,最终建立一套能够根据实测板形信号及相关轧制工艺参数分析得出合理调控方案及正确设定值的板形自动控制系统算法。

1 板形控制系统结构

莱钢1500mm热连轧生产线的精轧机组为四辊六机架连轧机组,每个机架都具有正弯辊和窜辊功能。热轧带钢板形控制的区域主要在精轧,弯辊控制是该系统中最有效的动态板形调控手段。提高板带轧机板形质量的一个重要途径是采用新的板形控制技术。板形自动闭环控制分为在过程控制级的窜辊设定和弯辊力设定,统称为板形设定控制。在基础自动化级的弯辊力前馈控制和弯辊力反馈控制功能,将测量数据送到精轧TDC控制系统中去,与二级系统的设定数据进行比较,在轧线二级系统中建立板形控制模型,对板形控制所用的各机架压下量设定值及弯辊、窜辊等的设定数据进行计算。板形闭环控制系统结构如图1所示。

2 控制系统应用

2.1 凸度反馈闭环控制

凸度仪检测带钢实际凸度值,与目标凸度值进行比较,得出凸度反馈控制偏差。依次调整精轧机组上游机架的弯辊力,以消除凸度偏差。当凸度实测值大于凸度目标值时,增加上游机架的弯辊力;反之,降低上游机架的弯辊力。根据上游机架控制带钢凸度、下游机架控制平坦度的方法,在精轧机组的F2~F6都实行凸度反馈控制,其中F2~F4的凸度反馈控制主要是将带钢凸度调节到目标比例凸度;而F5和F6凸度反馈控制主要是在等比例凸度相等的原则下,使带钢在凸度反馈控制时保证平坦度不受影响。凸度反馈闭环控制采用典型的PI控制,控制模型为:

式中,ΔFBi(k)为第k控制周期第i机架的凸度反馈调整的弯辊力;ka2i为凸度反馈控制模型调整系数;Kpi为第i机架的凸度反馈比例系数;ei(k)为带钢凸度偏差;ki2为第i机架的凸度反馈积分系数;Kc为弯辊力对凸度的影响系数。

2.2 平坦度反馈闭环控制

平坦度仪检测带钢实际平坦度值,与目标平坦度值进行比较,得出平坦度反馈控制偏差。依次调整精轧机组末两机架的弯辊力,以消除平坦度偏差。控制中主要是对F6进行反馈控制,当F6的调控能力达到设备极限还不能消除平坦度缺陷时,F5也投入平坦度的反馈控制。当轧制过程中有空过机架时,参与轧制的最后两个机架实行平坦度反馈控制。

平坦度闭环控制系统结构如图2所示,当平坦度目标值为零时,表示精轧出口带钢完全平坦;平坦度目标值为正时,表示中浪轧制;平坦度目标值为负时,表示边浪轧制。当平坦度实测值大于平坦度目标值时,表示中间浪大,应降低下游机架的弯辊力;反之,则存在边浪,应增加相应机架的弯辊力。平坦度反馈闭环控制采用的是基于数字PID控制器的算法,实践证明该算法可快速消除平坦度偏差。

3 典型故障处理

凸度仪的故障较难排除,最为典型的故障是测量数据不准确,直接影响板形质量。解决办法是对凸度仪进行可复见性检测和预吸收标定。在凸度仪控制模式中选择集中控制方式,并把凸度仪C型架移至停车,清理凸度仪检测下表面,保证检测通道正常。打开Reproducibility Measuring画面,如图3所示。

只需在Reproducibility Measuring操作界面中点击右下的Start按键,系统会自动启动对58个通道的状态检测。在这个过程中,现场快门会自动打开,系统首先做一次CS标定,标定通过后系统会使用2块标准标定板检测各通道的偏差值。完成后界面会显示完成。在Reproducibility Curves中会显示校验结果,如图4所示。

若检测后显示有较多通道存在较大偏差的,则需要对凸度仪进行预吸收器标准化操作。之后再进入Preabsorber Standardisation界面,选择右下角的Star按键开始对检测器的校验和纠正,如图5所示。

结束后画面会显示校准完成。在完成校准后可以再做一次Reproducibility Measuring,观察各通道情况,如果仍有偏差,可重复做一次Preabsorber Standardisation直至所有通道在合理的偏差范围内为止。

4 结语

板形智能控制系统投入运行以来带钢全长板形质量精度提高,控制系统稳定性高,控制效果好。

参考文献

[1]单修迎,贾春玉,刘宏民.板带轧机板形控制倾辊弯辊神经模糊PID模型[J].机械工程学报,2009,(09)

[2]杨光辉,陈平,樊百林,等.宽带钢热连轧机的板形控制[J].金属世界,2011,(02)

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[4]宦晓峰,王娅.RM312凸度仪在梅山热轧厂的应用[J].冶金自动化,2005,(01)

[5]何安瑞,杨荃,黄浩东,等.热连轧机平坦度反馈控制系统的应用[J].钢铁,2006,(02)

[6]陈汉文.板形控制原理在宽板轧制中的应用[J].有色金属加工,2011,(04)

[7]张静,秦久莲.热轧带钢中板形的计算和控制[J].控制工程,2008,(S2)

带钢轧机与板形控制技术研究 第4篇

HC轧机的主要特点是: (1) 通过轧辊的轴向移动, 消除了板宽以外辊身间的有害接触部分, 提高了辊缝刚度; (2) 由于工作辊一端是悬臂的, 在弯辊力作用下, 工作辊边部变形明显增加。如果对弯控制板形能力的要求不变时, 则在HC轧机上可选用较小的弯辊力, 这就提高了工作辊轴承的使用寿命并降低了轧机的作用载荷; (3) 由于可通过弯辊力和轧辊轴向移动量两种手段进行调整, 使轧机具有良好的板形控制能力; (4) 能采用较小的工作辊直径, 实现大压下轧制; (5) 工作辊和支承辊都可采用圆柱形辊子, 减小了磨辊工序, 节约了能耗。这种轧机典型应用如宝钢1550冷轧酸洗连轧机组。

轧辊凸度边续可变轧机-CVC (Continuously Variable Crown) 轧机 CVC轧机的基本特征是: (1) 轧辊 (工作辊) 的原始辊型为S形曲线呈瓶状, 上下轧辊互相错位1800布置; (2) 带S形曲线的轧辊具有轧辊轴向抽动装置。虽然CVC轧机与HC轧机一样有轧辊轴向抽动装置, 但其目的和板形控制的基本原理是不同的。HC轧机是为了消除辊间的有害接触部分来提高辊缝刚度, 以实现板形调整的, 是刚性辊缝型。CVC轧机则是通过轧辊轴向抽动装置来改变S形曲线形成的原始辊缝形状来实现板形控制的, 是柔性辊缝型。当上下轧辊对称布置时, 辊缝各部分高度相同。如果上轧辊向右移动, 下轧辊以相同的移动量向左移动, 则辊缝中部高度变小。反之, 上辊向左移动, 下辊以相同的移动量向右移动, 辊缝中部高度变大 (如图1所示) 。

CVC轧机的主要特点是: (1) 通过一组S形曲线轧辊可代替多组原始辊型不同的轧辊, 减少了轧辊备品量; (2) 可以进行无级辊缝调整来适应不同产品规格的变化, 以获得良好的板带平直度和表面质量; (3) 辊缝调节范围大, 与弯辊装置配合使用时, 如1700mm板带轧机的辊缝调整量可达600μm。

三大类型的CVC轧机:CVC二辊轧机、CVC四辊轧机和CVC六辊轧机。CVC四辊轧机的工作辊为S型曲线轧辊, 而CVC六辊轧机S形曲线轧辊可以是工作辊, 也可以是中间辊。CVC四辊轧机可以是工作辊传动, 也可以是支承辊传动。CVC六辊轧机则可以分为中间辊传动和支承辊传动两种 (如图2所示) 。

这种轧机的典型应用如宝钢2050热轧机。

轧辊成对交叉轧机-PC (Paired Crossed Roll) 轧机 PC轧机的主要特点是轧辊“成对交叉”。上下轧辊的轴线交叉后, 轧辊辊缝将发生变化 (如图3所示) 。离轧辊轴线相交点愈远, 其辊缝就变得愈大, 而且辊缝的变化也与轧辊轴线交叉角有关。

PC轧机的优点是: (1) 有较大的轧辊凸度控制能力, 轧辊轴线交叉角可在00～1.50范围内调整, 最大的轧辊凸度可达100μm, 居所有轧机之冠, 如配以强力弯辊装置也能获得良好的平直度板带; (2) 能有效地控制板带边部减薄; (3) 轧辊辊型简单, 节省了轧辊备件量并便于轧辊管理。

由于PC轧机板形控制能力较好, 获得的板带板凸度及厚度精度较高, 所以得到了较快地发展。应该指出, 为了在PC轧机上能够实现自由程序轧制和进一步改善板带表面质量, 开发了工作辊在线磨辊装置ORG (Online Roll Grinder) , 既可保证轧制带钢表面质量和断面形良好, 还可延长轧辊更换周期, 也可实现自由程序轧制, 对PC轧机的发展起到有利的促进作用。这种轧机典型应用如宝钢1580热轧机。

轧辊凸度可变轧机-VC (Variable Crown) 轧机VC轧机是通过改变支承辊凸度来调节轧辊辊缝形状的, 也是属于柔性辊缝型。

支承辊由外套筒和芯轴组成。芯轴与外套筒之间有一液压腔, 外套筒和芯轴是热装在一起的。高压油 (最高油压为50Mpa) 由液压站通过高速旋转接头和芯轴内油孔进入液压腔中, 只要改变高压油的压力, 就可改变轧辊凸度, 使其能抵消由轧制力引起的弹性弯曲变形, 以获得良好的板形 (如图4所示) 。VC轧机轧辊凸度控制能力比液压弯辊的四辊轧机大, 一般为40～120μm, 但远远小于CVC和PC轧机。与液压弯辊配合使用时, 可以扩大一些控制范围。

VC轧辊辊型凸度曲线近似于正弦曲线, 轧辊中间部分的凸度与油腔中油压成正比。凸度变化响应速度快, 可在轧制时进行控制, 凸度均匀, 对轴承寿命无影响。而且, 便于对一般四辊轧机的改造, 只需将支承辊改为VC轧辊, 增加有关液压系统即可。

现代板带轧机都设置了厚度控制装置。常用的厚度控制方法有调整压下, 调整张力和调整轧制速度等几种方法。压下装置一般有电动压下和液压压下相结合、阶梯垫和液压压下相结合两种。电动压下和液压压下相结合的压下方式主要应用在粗轧机和中厚板轧机上;而阶梯垫和液压压下相结合的压下方式主要应用在热、冷连轧机组上。在轧件的厚度自动控制上主要由液压压下进行控制, 轧制力由装在阶梯垫里的测压头进行测量。

轧件的自动厚度控制 (Automatic Gauge Control) 简称AGC, 采用液压压下的自动厚度控制系统通常称为液压AGC。AGC系统包括三个主要部分: (1) 测厚部分, 主要是检测轧件的实际厚度; (2) 厚度比较和调节部分, 主要将检测得到的轧件实际厚度与轧件的给定厚度 ( 所要求的轧件厚度) 比较, 得出厚度差δh。此外, 根据具体情况和要求, 转换和输出辊缝调节量讯号δS; (3) 辊缝调整部分, 主要根据辊缝调节量讯号, 通过压下装置对辊缝进行相应的调整, 以减小或消除轧件的厚差。

下图为液压AGC系统简图。此系统是利用轧制力和弹跳方程间接测量轧件厚度 (即P-AGC) 基础上, 增加了当量刚度控制功能, 并在轧机出口处增设了测厚仪, 增加了直接测厚AGC系统。

在轧制前, 首先由电位器1给出原始辊缝信号SL。该信号通过综合比较调节器3和放大器4输入电液伺服阀5, 伺服阀5就输出油液使压上油缸12动作。此时, 位置传感器 (磁尺) 6测出油缸位移信号, 并输入综合比较调节器3, 经与给定辊缝信号SL比较后, 得出辊缝差信号为δS, 经放大器4在输入电液伺服阀5。而当辊缝差信号δS=0时, 电液伺服阀5停止油液的输出, 压上油缸12停止工作, 完成了原始辊缝的调整。

在轧制过程中, 当轧制力P发生变化而产生厚差时, 则通过压力比较器13与给定的轧制力PL比较后, 输出压力差δP, 再经过压力和位置转换器9和辊缝调节系数装置14, 将应予以补偿的辊缝调节量输入综合比较调节器3, 输出辊缝调整信号, 通过放大器和伺服阀使压上油缸动作, 修正原始辊缝值, 实现轧辊辊缝的补偿调整。

由于轧辊磨损、热膨胀以及检测元件误差所造成的辊缝偏差, 可通过轧机出口处的测厚仪7直接测出轧件厚度h, 经综合比较调节器输出厚差δh, 通过放大器和伺服阀使压上油缸动作, 修正这一误差, 以提高厚控系统的精度。

液压AGC系统可以控制机座当量刚度, 能适应不同的轧制工艺要求。例如, 在轧制开始阶段, 要求机座有较大的当量刚度, 以获得较小的纵向厚差。而在精轧或平整时, 则要求机座有较小的当量刚度, 以获得良好的板形。因此, 液压AGC系统在现代板带轧机上获得了广泛应用。

摘要：对常见带钢轧机的类型进行讨论, 对先进板形控制技术展开阐述。

板形系统 第5篇

关键词：动态板形辊,平整机,辊系变形,板形控制

0 引言

平整是轧制工艺过程中的最后阶段, 平整轧制是生产优质薄板、确保带钢成品质量的最后一道工序。对冷轧后退火的带钢或热轧后的带钢进行平整, 对提高产品质量、控制板形以及表面状态起着重要的作用。平整的实质是一种小压下率 (0.5%～4.0%) 的二次冷轧变形, 主要作用有:改善带钢板形;改善带钢力学性能, 消除退火带钢的屈服平台;改善带钢表面质量, 使其达到一定的表面粗糙度要求。

动态板形辊 (dynamic shape roller, DSR) 技术是法国克莱西姆 (Clecim) 公司于20世纪90年代研制成功的一种轧制力分布控制技术, 作为第三代板形技术的典型代表, 体现了板形控制技术的最新发展。目前, 我国的平整技术设备与工艺基本实现了国产化, 但是缺乏关键的核心技术, 平整技术设计和控制模型相对落后, 从国外引进的设备, 由于技术封锁, 缺乏配套的先进模型, 故平整质量不高。因此, 从基础理论及对实际的平整机技术进行研究, 对掌握平整机核心技术具有重要的意义[1,2]。

1 相关数学模型

根据DSR技术的特殊板形控制原理, 基于影响函数法建立DSR平整机板形控制特性分析模型。目前对DSR技术的研究都是利用有限元软件建立三维模型来对其板形控制能力进行界定的, 模型简化较多, 计算量大, 仅可以做定性的分析, 可移植性差, 不能够应用于在线控制。本文综合考虑了芯轴与辊套的特殊结构以及分段液压压块机构的影响, 采用分割模型建立DSR平整机的辊系变形模型, 在此基础上, 考虑平整轧制过程的特点, 将针对平整过程的金属模型和辊系模型进行耦合计算, 建立分析DSR平整机板形控制特性的整体模型, 并给出了计算流程。

板形控制模型主要有基于轧机基本理论的机理模型和基于经验与数据的智能模型。智能模型主要从数据中总结和归纳因果关系, 模型简练, 计算速度快, 但模型的建立依赖于实际数据与实际经验, 分析与预测能力较弱, 通用性较差。机理模型的结构相对复杂, 通过严谨的理论推导加上一定的合理假设, 具有很强的分析预测能力, 对实际的生产应用和新的板形控制技术的开发都有重要的指导意义[3,4,5]。

完整的板形控制机理模型共包括8个子模型[6], 即金属变形模型、辊系弹性变形模型、轧件和轧辊的温度场模型、辊系磨损模型、板形良好判别模型、板形偏差模式识别模型、板形标准曲线模型和板形控制策略模型。

2 DSR平整机板形控制机理模型的建立

2.1DSR平整机辊系受力模型

本文采用影响函数法计算辊系弹性变形, 图1以支承辊辊身长度L为离散长度, 考虑到动态板形辊各段压块力的受力情况, 压块力一般为5段或7段, 为了使计算更具一般性, 假设沿辊身长度共作用有k个压块, 每个压块的压块力从左到右分别记为T1, T2, , Tk, 每个压块段的长度分为m个等分单元, 总的单元数N=km , 每个单元宽Δx=L/N, 作用于轧辊上的载荷亦按相同单元离散化。以左压下支点处为原点, 各单元中心的横坐标为xi (i=1, 2, , N) , 将轧制压力分为n份, 轧制压力和辊间压力在第j段内分别用集中力pj、qj代替。

2.2DSR平整机辊系变形模型的建立

2.2.1 非对称轴线挠曲影响函数的计算

由于本课题涉及分段压块力左右不对称分布力的作用, 故计算轴线挠曲位移需要此种情况下的影响函数。影响函数的计算将轧辊看作两端自由支承的简支梁, 将辊身沿轴向划分为N个单元, 轧辊轴线挠曲的影响函数α (i, j) 即是当轧辊在j单元受到单位力时在i单元产生的轴线位移。图2为非对称影响函数的计算示意图。

当xixj时,

$\begin{array}{l}\alpha (i,j)=\frac{L{}_0^3}{3E{\rm I}{}_{d}L{}^2}[(L-x{}_i)(L-x{}_j)+x{}_{i}x{}_j]+\\ \frac{1}{6E{\rm I}{}_{D}L{}^2}[(L-x{}_j)(2L{}_0^{3}x{}_i+2L{}^{2}x{}_{i}x{}_j-2LL{}_0^3-\\ Lx{}_{i}x{}_j^2-Lx{}_i^3)-2L{}_0^{3}x{}_{i}x{}_j]+\\ \frac{kL{}_0}{GA{}_{d}L{}^2}[(L-x{}_j)(L-x{}_i)+x{}_{i}x{}_j]+\frac{k}{GA{}_{D}L{}^2}\cdot \\ [(L-x{}_j)(L+L{}_0)x{}_i-LL{}_0(L-x{}_j)-L{}_{0}x{}_{i}x{}_j](1)\end{array}$

当xi>xj时,

$\begin{array}{l}\alpha (i,j)=\frac{L{}_0^3}{3E{\rm I}{}_{d}L{}^2}[(L-x{}_j)(L-x{}_i)+x{}_{i}x{}_j]+\\ \frac{1}{6E{\rm I}{}_{D}L{}^2}[(L-x{}_i)(2L{}_0^{3}x{}_j+2L{}^{2}x{}_{i}x{}_j-\\ 2LL{}_0^3-Lx{}_{j}x{}_i^2-Lx{}_j^3)-2L{}_0^{3}x{}_{i}x{}_j]+\\ \frac{kL{}_0}{GA{}_{d}L{}^2}[(L-x{}_i)(L-x{}_j)+x{}_{i}x{}_j]+\frac{k}{GA{}_{D}L{}^2}\cdot \\ [(L-x{}_i)(L+L{}_0)x{}_j-LL{}_0(L-x{}_i)-L{}_{0}x{}_{i}x{}_j](2)\end{array}$

式中, k为剪切系数, 圆截面时k=10/9, 空心圆截面时k=2;G为轧辊剪切模量, GPa;E为轧辊弹性模量, GPa;Id、ID分别为直径d、D的圆截面轧辊惯性矩, mm4;Ad、AD分别为直径d、D的圆截面面积, mm2。

2.2.2 支承辊轴线位移

考虑到动态板形辊具有芯轴和辊套的结构, 其芯轴的挠曲只发生在轧辊内部, 只有在边部影响到辊套与芯轴的相对位置, 因此本文将首先计算芯轴的挠曲变形和刚性位移, 由于芯轴的位移发生在DSR辊内部, 故对带材的厚度控制起作用, 但是不改变辊缝的形状分布, 芯轴对辊套起支撑的作用。在此基础上计算辊套整体的挠曲位移以及刚性位移。

当xixj时,

$\begin{array}{l}\alpha {}_{\text{b}x}(i,j)=\frac{1}{6E{}_{\text{b}}^{\text{X}}{\rm I}{}_{\text{b}}^{\text{X}}L{}_{\text{S}}}[(L{}_{\text{S}}-x{}_j)\cdot \\ (2L{}_{\text{S}}x{}_{i}x{}_j-x{}_{i}x{}_j^2-x{}_i^3)]+\frac{kx{}_i}{G{}_{\text{b}}^{\text{X}}A{}_{\text{b}}^{\text{X}}L{}_{\text{S}}}(L{}_{\text{S}}-x{}_j)(3)\end{array}$

式中, EXb为芯轴弹性模量;IXb为芯轴惯性矩;GXb为芯轴剪切弹性模量;AXb为芯轴横截面面积。

当xi>xj时,

$\begin{array}{l}\alpha {}_{\text{b}x}(i,j)=\frac{1}{6E{}_{\text{b}}^{\text{X}}{\rm I}{}_{\text{b}}^{\text{X}}L{}_{\text{S}}}[(L{}_{\text{S}}-x{}_i)\cdot \\ (2L{}_{\text{S}}x{}_{i}x{}_j-x{}_{j}x{}_i^2-x{}_j^3)]+\frac{kx{}_j}{G{}_{\text{b}}^{\text{X}}A{}_{\text{b}}^{\text{X}}L{}_{\text{S}}}(L{}_{\text{S}}-x{}_i)(4)\end{array}$

则所有压块力共同作用时产生的位移为

$y{}_{\text{b}x}(i)={\displaystyle \sum _{t=1}^k{\displaystyle \sum _{j=(t-1)m+1}^{tm}\alpha }}{}_{\text{b}x}(i,j)\frac{{\rm T}{}_t}{m}$ (5)

辊套位移分为其相对于辊身端部的挠曲位移和刚行位移。挠曲位移的计算可以假设辊身端部有简支约束, 然后分别计算在分段压块力和辊间压力作用下的辊套位移:

$y{}_{\text{b}t}(i)={\displaystyle \sum _{j=1}^{{\rm N}}\alpha }{}_{\text{b}t}(i,j)q{}_j\Delta x-{\displaystyle \sum _{t=1}^k{\displaystyle \sum _{j=(t-1)m+1}^{tm}\alpha }}{}_{\text{b}t}(i,j)\frac{{\rm T}{}_t}{m}$ (6)

式中, αbt (i, j) 为辊套挠曲影响函数。

当xixj时,

$\begin{array}{l}\alpha {}_{\text{b}t}(i,j)=\frac{1}{6E{}_{\text{b}}^{\text{Η}}{\rm I}{}_{\text{b}}^{\text{Η}}L}[(L-x{}_j)\cdot \\ (2Lx{}_{i}x{}_j-x{}_{i}x{}_j^2-x{}_i^3)]+\frac{kx{}_i}{G{}_{\text{b}}^{\text{Η}}A{}_{\text{b}}^{\text{Η}}L}(L-x{}_j)(7)\end{array}$

当xi>xj时,

$\begin{array}{l}\alpha {}_{\text{b}t}(i,j)=\frac{1}{6E{}_{\text{b}}^{\text{Η}}{\rm I}{}_{\text{b}}^{\text{Η}}L}[(L-x{}_i)\cdot \\ (2Lx{}_{i}x{}_j-x{}_{j}x{}_i^2-x{}_j^3)]+\frac{kx{}_j}{G{}_{\text{b}}^{\text{Η}}A{}_{\text{b}}^{\text{Η}}L}(L-x{}_i)(8)\end{array}$

式中, EHb为辊套弹性模量;IHb为辊套惯性矩;GHb为辊套剪切弹性模量;AHb为辊套横截面面积。

式 (6) ～式 (8) 中, 剪切系数k取2。支承辊辊套刚性位移:

$y{}_{\text{b}t}^{\text{Κ}}(i)=b{}_1+\frac{b{}_2-b{}_1}{L}(x{}_i-L{}_0)$ (9)

式中, b1、b2分别为辊套左右两端的轴线位移。

2.2.3 工作辊轴线位移

工作辊轴线的位移由四部分组成, 即刚性位移、轧制压力引起的挠曲位移、辊间接触压力引起的挠曲位移和工作辊弯辊力引起的挠曲位移。

工作辊挠曲位移为

$\begin{array}{l}y{}_{\text{w}}(i)={\displaystyle \sum _{j=1}^n\alpha }{}_{\text{w}}(i,j)p{}_j\text{Δ}x-\\ {\displaystyle \sum _{j=1}^{{\rm N}}\alpha }{}_{\text{w}}(i,j)q{}_j\text{Δ}x-\alpha {}_{\text{w}\text{f}}(i,j)F{}_{\text{w}}(10)\end{array}$

式中, αw (i, j) 为工作辊挠曲影响函数;αwf (i) 为工作辊弯辊影响函数。

当xixj时,

$\begin{array}{l}\alpha {}_{\text{w}}(i,j)=\frac{1}{6E{}_{\text{w}}{\rm I}{}_{\text{w}}L}[(L-x{}_j)\cdot \\ (2Lx{}_{i}x{}_j-x{}_{i}x{}_j^2-x{}_i^3)]+\frac{kx{}_i}{G{}_{\text{w}}A{}_{\text{w}}L}(L-x{}_j)(11)\end{array}$

当xi>xj时,

$\begin{array}{l}\alpha {}_{\text{w}}(i,j)=\frac{1}{6E{}_{\text{w}}{\rm I}{}_{\text{w}}L}[(L-x{}_i)\cdot \\ (2Lx{}_{i}x{}_j-x{}_{j}x{}_i^2-x{}_j^3)]+\frac{kx{}_j}{G{}_{\text{w}}A{}_{\text{w}}L}(L-x{}_i)(12)\end{array}$

$\alpha {}_{\text{w}\text{f}}(i)=\frac{x{}_i}{4E{}_{\text{w}}{\rm I}{}_{\text{w}}}(L-x{}_i)(L{}_{\text{F}}-L)$ (13)

式中, Ew为工作辊弹性模量;Iw为工作辊辊身惯性矩;Gw为工作辊剪切弹性模量;Aw为工作辊辊身横截面面积。

工作辊刚性位移为

$y{}_{\text{w}}^{\text{Κ}}(i)=c{}_1+\frac{c{}_2-c{}_1}{L}(x{}_i-L{}_0)$ (14)

式中, c1、c2分别为工作辊左右两端的轴线位移。

2.2.4 轧辊压扁的计算

工作辊与支承辊之间的弹性压扁量, 即两轧辊中心线的接近量δwb (i) , 按照平面应变条件下的半平面体模型求解:

δwb (i) =αwb (i) qi (15)

$\alpha {}_{\text{w}\text{b}}(i)=\frac{2(1-\upsilon {}_{\text{b}}^2)}{\text{π}E{}_{\text{b}}}(\ln \frac{2R{}_{\text{b}}}{b{}_{\text{w}\text{b}}}-\frac{1}{8}\frac{1-4\upsilon {}_{\text{b}}}{1-\upsilon {}_{\text{b}}})+$

$\frac{2(1-\upsilon {}_{\text{w}}^2)}{\text{π}E{}_{\text{w}}}(\ln \frac{2R{}_{\text{w}}}{b{}_{\text{w}\text{b}}}-\frac{1}{8}\frac{1-4\upsilon {}_{\text{w}}}{1-\upsilon {}_{\text{w}}})$ (16)

$b{}_{\text{w}\text{b}}=\sqrt{\frac{4}{\text{π}}q{}_i(\frac{1-\nu {}_{\text{b}}^2}{E{}_{\text{b}}}+\frac{1-\nu {}_{\text{w}}^2}{E{}_{\text{w}}})\frac{R{}_{\text{b}}R{}_{\text{w}}}{R{}_{\text{b}}+R{}_{\text{w}}}}$ (17)

式中, αwb (i) 为辊间的弹性压扁量影响系数;Rw、Rb和υw、υb分别为工作辊与支承辊辊身半径和泊松比;bwb为辊间接触压扁半宽度。

由于支承辊辊套的空心结构以及特殊的受力情况, 使得辊套不仅承受辊间压力, 同时还受到一个附加的弯矩载荷作用, 这使得辊套在接触点的曲率半径增大, 在上述计算压扁的时候需要用新的曲率半径Rt代替辊套原来的辊身半径R0, 得到更准确的辊间压扁量[7]:

$R{}_t=\frac{R{}_0}{1-\frac{3t(R{}_0+R{}_1){}^3}{2E(R{}_0-R{}_1){}^3}[1-\cos \theta -\frac{2(\theta -\sin \theta )}{\text{π}}]}$ (18)

式中, R1、R0分别为辊套的内外半径。

工作辊与轧件接触表面的压扁可按半空间模型来求解:

$\delta {}_{\text{w}\text{s}}(i)={\displaystyle \sum _{j=1}^n\alpha }{}_{\text{w}\text{s}}(i,j)p{}_{j}i=1,2,\cdots ,m$ (19)

式中, αws (i, j) 为工作辊与轧件的接触压扁影响系数。

工作辊和支承辊辊套位移的协调方程为

yw (i) +yKw (i) =ybt (i) +yKbt (i) +δwb (i) +ΔDi (20)

ΔDi=1/2 (ΔDwi+ΔDbi)

$\text{Δ}D{}_{\text{w}i}=\text{Δ}D{}_{\text{w}}(\frac{L{}_{\text{S}}}{2})-\text{Δ}D{}_{\text{w}}(x{}_i)$

$\text{Δ}D{}_{\text{b}i}=\text{Δ}D{}_{\text{b}}(\frac{L{}_{\text{S}}}{2})-\text{Δ}D{}_{\text{b}}(x{}_i)$

i=1, 2, , N

式中, ΔDi为辊间原始间隙或空载凸度。

DSR辊的特殊芯轴与辊套结构使其在板形控制的同时不影响厚度控制, 芯轴在压块力的作用下产生挠曲变形, 但此变形在DSR内部, 可以通过压块位移的调节来补偿, 从而不会影响辊缝几何形状的控制。DSR的辊套位置由芯轴两端的定位轴承来保持其轴向位置, 边部两压块调节其与芯轴的相对位置, 可满足辊缝和控制的要求。辊身中点处的辊缝值可以表示为由辊系变形部分所引起的辊缝值变化量和其他支撑结构变形引起的辊缝值变化量。

由上述计算可以求得辊间压力分布, 轧件出口厚度的横向分布为

h (i) =s0+2yw (i) +2yKw (i) +2δws (i) +yKbx (i) (21)

2.3DSR平整机板形控制机理模型的建立

板形控制分析需要金属模型和辊系变形模型耦合迭代计算。金属模型确定轧件的单位轧制压力和前后张力横向分布等内容, 但需要辊系变形模型提供轧件出口厚度的分布, 而辊系变形模型计算中需要轧制力的分布作为前提条件, 在相互迭代的计算中得到符合要求的结果。板形控制特性分析的流程图如图3所示。

2.4DSR平整机承载辊缝的调控功效

将模型应用在2030mm平整机的上支承辊, 得到板宽为1800mm时各调节机构的辊缝调控功效曲线, 如图4～图11所示。其中弯辊力的调节量为100kN, 7个压块力 (T1～T7) 的调节量为500kN, 各调控功效都是在其他调节机构处于基态时得到的。

可以看出, 各压块力的作用关于中间压块是对称的, 这是由其结构决定的, 分析中将只计算前四个压块力T1～T4 (以500kN为一个调节单位) 和工作辊弯辊 (以100kN为一个调节单位) 。其中各调控功效曲线的形式较复杂, 呈高次曲线的形态, 文献[6]对有限元软件模拟的结果用五次多项式可以对调控功效曲线进行较好的拟合, 本文的计算结果与文献[6]中的研究结果相符。T1和T7压块力调节量对辊缝的调节范围较小, 而且只有在边部才有一定效果。T2和T6可以实现宽度方向上20μm以上的变化量, 曲线形式处于过渡形式。从T1和T7到T3和T5的时候, 曲线的弯曲方向变为相反的方向。中间压块力T4的调控曲线幅值较弯辊相对小一些, 但是其变化趋势比弯辊急速。对于普通轧机的弯辊, 对辊缝的调节能力在边部较明显, 在中部效果减弱, 从本文的结果也可体现这一点, 压块力T4直接作用于辊套的中部, 对中部的影响较大一些。本文的结果与文献[8]在2030mm冷连轧机的ANSYS有限元仿真结果相比, 曲线的形式基本相同。

3 结束语

针对平整机的特殊性, 基于分割模型的影响函数法, 充分考虑DSR技术的特殊控制原理, 建立了DSR平整机辊系变形模型。将针对平整过程的金属模型和辊系模型进行耦合计算, 建立了板形分析的整体模型, 并编写了模型的计算流程和程序, 以此对DSR平整机的板形控制能力进行研究。本文的研究结果具有很好的应用价值。

参考文献

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[2]戚向东, 连家创.考虑轧件弹性变形时冷轧薄板轧制压力分布的精确求解[J].重型机械, 2001, 23 (5) :41-44.

[3]白振华.冷带钢轧机板形控制技术的开发研究[D].秦皇岛:燕山大学, 2002.

[4]曹鸿德.塑性变形力学基础与轧制原理[M].北京:机械工业出版社, 1981.

[5]华建新, 金以慧, 吴文彬.基于动态板形辊的冷轧板形控制新技术[J].钢铁, 2001, 36 (1) :33-37.

[6]周西康.DSR冷轧宽带钢轧机板形控制性能研究[D].北京:北京科技大学, 2005.

[7]吴文彬.板形控制新技术在宝钢2030冷轧轧机的应用与研究[D].沈阳:东北大学, 2003.

板形系统 第6篇

由于轧出带钢的断面形状间接反应出有载辊缝形状, 因此板形控制的实质就是控制带钢宽度方向上的有载辊缝, 从而获得所需的带材轮廓和平直度。影响有载辊缝形状的因素较多, 主要有工作辊辊形、使辊系产生弯曲变形的轧制力和弯辊力、改变轧辊辊形的热辊形和磨损辊形以及一些可控辊形因素。

莱钢1500mm六辊可逆式冷轧机组是2006年6月30日投产, 主要设备配置有精密的板形控制系统, 目前已经正式调试完毕投入使用的主要控制系统有, 辊缝自动倾斜、工作辊弯辊系统、中间辊弯辊系统、中间辊横移系统和乳化液精细冷却系统。

2 板形的主要表现形式

在实际生产中由于现场各种条件, 板形缺陷的主要表现形式为:边浪, 中间浪和肋浪, 主要有单种缺陷和多种缺陷同时出现, 根据不同的缺陷出现类型, 通过生产实践积累了一些板形控制的现场经验。

3 板形的影响因素

3.1 有载辊缝的形状

(1) 扰动量:热辊形和磨损辊形。当负荷分配不考虑板形最优时, 则轧制力亦将作为扰动量。

(2) 可控制量:HC辊的交叉目前仅用于空载时辊缝形状的调节, 因此主要用于板形设定模型对辊缝形状的设定;而在线一般只用弯辊进行控制。当以板形最优为目标进行负荷分配时, 轧制力亦是一种可控制量。

(3) 固定量:初始辊形和弯辊力。初始辊形设计时需考虑轧制单位的特征, 一旦确定, 在轧制时将固定不变。弯辊力应该是可控的, 但为了使弯辊力可在线调节, 在设定计算时往往将其固定于某一值。

3.2 轧辊变形对板形的影响

影响辊形的主要因素有:

(1) 轧制力引起轧辊变形。由轧制力引起轧辊变形的另一种主要形式是轧辊压扁。轧辊压扁现象发生在轧件与工作辊的接触区或轧辊与轧辊的接触区。

(2) 轧辊辅助系统引起的轧辊变形。轧辊辅助系统主要有弯辊系统。弯辊系统主要用于改变轧辊在垂直方向和水平方向的弯曲。

(3) 轧辊的热膨胀导致的轧辊变形。轧辊在轧制过程中由于来料的变形功导致轧辊变形, 在变形过程中很难保证轧辊各部位受温度影响产生的变形一致, 所以轧辊的不均匀热膨胀就会导致轧辊变形。乳化液精细冷却系统就是为解决轧辊由这一原因导致的局部变形而设置的。

3.3 原料的原始板形对轧件板形的影响

带钢获得良好板形的重要条件是来料断面形状和承载辊缝形状相匹配。为了适应原料板形必须通过实际生产统计大量的板形数据, 通过制定适应不同规格原料的工艺参数, 从而改善成品的板形情况。

4 生产过程中浪形的形成因素和控制手段

4.1 单边浪的的形成原因及控制手段。

单边浪主要表现为带钢单侧起浪, 其主要影响原因有 (1) 由于辊缝的形状直接影响; (2) 由于中间辊横移间接影响辊缝的形状 (3) 原料的横截面形状发生变化。从而导致带钢单侧延伸过多而表现的一种带钢缺陷。其主要控制手段为若中间滚横移位置没有发生变化则改变辊缝的倾斜状态, 来进行调整;若中间辊横移位置发生变化, 则要重新横移中间辊位置。

4.2 双边浪的形成因素及控制手段。

双边浪主要表现为带钢双侧起浪, 其主要影响因素是由于工作辊弯辊力过小而引起的带钢两侧延伸超过中部延伸而使带钢表现的一种缺陷。其主要控制手段是通过改变加大弯辊力的手段进行调整。

4.3 中间浪的形成因素及控制手段。

中间浪主要表现为带钢中部起浪, 其主要是由于工作辊弯辊力设定过大而引起的, 或因为上道次生产导致下道次的板形缺陷而导致中部延伸超过边部延伸的缺陷。其主要控制手段是通过减小弯辊力的手段进行调整。

4.4 肋浪 (1/4) 浪的形成因素及控制手段。

肋浪 (1/4) 浪主要表现为在带钢距边部1/4距离处起浪, 其主要影响因素有: (1) 轧辊局部膨胀; (2) 中间辊弯辊力设定不合理等因素。而导致带钢局部延伸过大的一种颁行缺陷。其主要控制手段是通过乳化液精细冷却投入和改变中间辊弯辊力来进行调整补偿。

4.5 当几种缺陷同时表现在带钢上, 则进行相应调整, 若效果不明显则必须停机检查乳化液喷淋系统。

5 结语

目前1500mm冷轧机组在板形控制方面已经取得了阶段性的成果, 板形控制在自动控制的基础上进行的人工调节已经达到了成熟的阶段, 因为板形缺陷而引起的质量问题基本上已经降为零。产品精度取得了进一步的提高。通过轧机的进一步调试, 板形自动控制系统的投入, 各种板形缺陷的控制会进一步提高。

摘要：板形精度是热轧带钢的一项主要的质量指标和决定产品市场竞争力的重要因素。目前, 板形控制技术已成为冷轧带钢生产的核心技术之一, 也是当前轧制技术研究开发的前沿和热点。

关键词：板形精度,控制技术,带钢生产

参考文献

[1]马静, 黄景冬, 商玉华, 刘文松.莱钢1500mm六辊可逆式冷轧机的板形控制技术[J].山东冶金, 2008 (01) [1]马静, 黄景冬, 商玉华, 刘文松.莱钢1500mm六辊可逆式冷轧机的板形控制技术[J].山东冶金, 2008 (01)

[2]梁勋国.六辊冷连轧机板形控制模型优化的研究[D].东北大学, 2009[2]梁勋国.六辊冷连轧机板形控制模型优化的研究[D].东北大学, 2009

[3]赵永磊.面向冷轧机的板形预测模型与广义预测控制算法研究[D].燕山大学, 2010[3]赵永磊.面向冷轧机的板形预测模型与广义预测控制算法研究[D].燕山大学, 2010

板形系统 第7篇

板形和厚度是带钢的重要质量指标。在轧制薄板时, 产品的综合理想状态应该是厚度, 宽度均匀, 平直度好, 没有内应力, 如果这些能够实现, 那么会使产品强度增加, 更容易加工。但实际上有很多因素使得产品达不到理想状态。即使来料平直度很好, 工作辊辊缝也很平直, 都达到了理想状态, 但在轧制过程中, 作用在轧辊上的轧制力使轧辊弯曲变形, 并且产生大量的热, 轧辊受热不均导致其膨胀不均, 所有的这些因素使得辊缝变的不平直, 钢带在横向上变形不均, 伸长率也就不一样。比如:边浪, 两边比中间延伸长, 并且钢带在展开时不平整。这些非人为原因形成的缺陷被看作是板形缺陷, 达到一定程度后会引起材料报废。

2 板形概念

2.1 几种常见的不规则板形如下:

2.2 板形定义:

2.2.1 板形可以解释为:

在钢带横向上不同的应变的形状。应变越小, 板形越好。

2.2.2 应变可以解释为:

沿纵向方向将一定长度的钢带分成几个窄条, 然后将这些窄条放在一个平面上, 一端对齐, 另一端的不同的长度显示了不同的应变。

3 板形的形成:

板形主要是钢带的形状与辊缝的形状之间不匹配, 使得钢带在横向的变形不均造成的。辊缝在没有轧制力作用时是平直的, 但在轧制时工作辊在轧制力的作用下弯曲, 使得中间的辊缝比两侧的要大。

轧辊温度对板形影响也很大。在轧制过程中轧辊产生热量, 两侧的热量由辊颈散发出去, 这样使辊子中间的温度相对要高一些, 形成温度凸度, 温度凸度要随工作辊的使用剧烈程度而变化。

图 (2) 板形产生

4 板形的在线测量及测量装置:

4.1 板形的在线测量:

I-unit是一个标准的板形测量单位, 也可以说板形用多少I-unit来表达;I-unit可以解释为:在测应变的窄条中任意相邻的两个窄条的板形差如果为0.001%, 那么就是一个I-unit。

E——杨氏模量

δ———应力

ε———应变

T——张力

A——横截面面积

所以可以通过在线测量张力来计算板形。

4.2 板形在线测量装置

在线板形测量, 板形仪装在轧制线, 钢带经过板形辊时发生弯曲, 弯曲角度由板形仪和钢带确定, 作用在板形辊上的力被板形仪测得, 然后利用几何关系、产品尺寸及特性把这个力转化为板形。这些需要不同的检测设备。

莱钢1500mm UCM单机架冷轧机组使用的为总部设在瑞典的ABB公司的Stressometer板形系统。本系统是由许多安装在整体轧辊轴向上, 长度方向上的测压元件组成。分别使用了Pressductor和压晶片测压元件。

5 板形控制装置:

板形控制的目的就是通过测量和控制指定对象在钢带横向上由不同应变产生的的张力轮廓, 减小钢带潜在的板形误差。

在一台轧机上, 控制不同的板形缺陷, 需要不同的控制装置。

莱钢1500mm UCM单机架冷轧机组控制板形主要通过以下方式:⑴工作辊正负弯辊;⑵中间辊正弯辊及串辊;⑶工作辊分段冷却;⑷辊缝倾斜调整。

6 控制模型:

6.1 板形识别函数

板形检测装置的输出信号是板宽方向上各点的张应力, 可实测到27点的张应力, 并以此代表横向延伸分布。这种延伸分布应一定的函数形式来近似表示, 可采用多项式最小二乘法建立函数:

a1、a3——非对称分量

a2、a4——对称分量

所以, 可用参数a1、a3、a2、a4来表示板形。

图 (4) 为一组应力测量值与其确定的函数:f (x) =12.543+2.1118x-1.2571x2+0.1929x3-0.1019x4

图 (4) 应力测量值与横向延伸分布函数

6.2 附加应力信号的处理

在实测f (i) 中存在着几种附加应力:⑴不均匀温度应力Ts (i) ;⑵卷取附加应力Cs (i)

实测f (x) 除去附加应力才是表征当前带钢板形, 称为板形应力fs (x)

i=测张点6控制模型:

Tf——前张力

B——板宽

h——板厚

板形识别是对板形应力fs (i) 的识别, 总实测应力f (i) 反映的并不是真实的板形情况

6.3 板形评价函数

需要采用一个标量作为衡量板形的指标, 故引入板形评价函数:

W1、W2——权值

A2、A4——实际板形参数 (二次、四次板形偏差)

A2*、A4*——目标板形参数 (二次、四次板形偏差)

目标板形曲线是轧后带材要求达到或具有的板形状况的应力描述或波浪度描述, 是板形控制闭环的拟合量及所要达到的目标。依托现代计算机强大、快速的运算能力穷举求解最优节点, 共同实现最优控制。

6.4 确定控制方法

与板宽对称通过调整弯辊力来控制, 而非对称分量侧用辊缝倾斜来控制, 更为复杂的板形可通过分段冷却来控制, 在控制过程中不断的调整弯辊和辊缝倾斜, 直到评价函数达到最小值。式 (3) 中的板形参数a1由辊缝倾斜控制, a2、a4由工作辊和中间辊弯辊来控制。

7 结语:

板形控制系统用于莱钢1500mm UCM单机架可逆冷轧机, 在实际生产中使板形质量得到较大提高。目前, 莱钢冷轧板形平直度为:0.51mm~0.65mm≤8 I-unit, 0.31mm~0.5mm≤9 I-unit, 0.2mm~0.3mm≤11I-unit各规格的冷轧板平直度全部达到或高于设计要求;整个机组的自动化程度也有很大的提高, 大大提高轧机的生产率;随着板形控制技术在国内的广泛应用, 我国的带钢质量和产量定有一个很大的飞跃。

摘要：介绍了1500mmUCM冷轧机板形控制系统、控制模型及板形控制和调节思想、手段, 通过板形检测、反馈、对比、调节, 最终实现板形控制闭环系统。

关键词：1500mmUCM轧机,板形控制,模型,目标曲线

参考文献