[最新]湘钢3800mm板材厚度和板形操纵的优化

[最新]湘钢3800mm板材厚度和板形操纵的优化 湘钢3800mm板材厚度与板形控制的优化 (五米宽厚板厂 彭敦向) 概要,本文主要介绍湘钢3800mm宽厚板轧机厚度与板形控制的功能、组成,研究和优化厚度与板形控制的各种数学模型与补偿,以及液压小辊缝控制的研发与使用,为湘钢3800mm宽厚板产品质量和成材率的提升奠定了坚实的基础。 精确控制,以求达到优化产品质量,1 前言 本论文属于轧制科学技术领域,减少废次品,提高成材率,减少头尾 和切边余量。 是为了保证板材的交货质量,提高成 材率而做的探索和改进。07年前,按2、 板材厚度和板形控制的探索 照宽厚板产品大纲,外方调试完毕的 2.1 厚度控制 轧机设备轧制的产品基本满足要求, 厚度控制的不准确不仅仅影响产但随着产量的不断提升及产品的不断 品质量,同时由于中间坯厚度的不准升级,控制系统必须保证质量的稳定。 确直接威胁到轧机的安全。影响厚度相对之前主要是探索在提高轧制节奏 的主要原因是辊缝的不准确,所以只下板材厚度与板形控制的稳定性,因 有保证辊缝的准确性,才能保证板材此对L2模型的再计算功能,精轧机 厚度的准确和稳定,决定辊缝的因素AGC、PFC控制等进行深入了解及优 有, 化,同时对轧辊的配辊、辊形进行摸 , 道次表设定辊缝索调整。本论文主要内容是通过自动 化手段,实现对板材的厚度和板形的, 轧机弹性变形补偿 新计算,用于长期自适应。 , 轧辊热凸度补偿 通过观察和检查二级程序,我们发 , 轧辊磨损补偿 现板坯经过粗轧轧完后,进入中间辊 , 油膜补偿 道,在经过高温计时,模型没有采用 , 零点修正补偿 该测量值进行重新计算,而是直接使 要解决厚度控制不准的问题,首 用的是粗轧结束时的道次表,中间坯先必须从这几个方面入手 在中间辊道上的温度损失没有考虑在 道次表计算,造成精轧的实际轧制力2.1.1道次表设定辊缝 和期望轧制力偏差较大,使厚度控制 二级道次表计算模型(PSC),是采 发生偏差,更严重的有时可以造成卡用的平均压下率进行道次计算的,计 钢或断辊事故,对轧辊和主电机造成算模式有4种,一是预计算,即板坯 较大损害。通过修改二级程序入炉后通过原始的PDI对板坯进行计 ,PlateBufferManager,,在收到高温算,用以检测可轧性,二是设定计算, 计检测到的温度后向模型服务器发送板坯入炉后,模型采集加热炉温度模 再计算请求事件,待计算完成后再向型计算的板坯温度,进行道次表计算, DataHandler程序发送道次表发送事三是再计算,板坯轧过第一道次后的 件,DataHandler程序收到事件后,计算称为再计算,模型采集轧制过程 将计算完的新的道次表发送到TCS中的各种测量值,例如温度、宽度、 系统中,用于实际轧制。厚度和轧制力等,利用测量值为下道 次进行重新计算,四是事后计算,钢 板轧制完后,通过轧后的数据进行重 F h,S， M Sh为轧件出口厚度,为空载辊缝, FM为轧制力。为轧机弹性变形系数。 但在实际应用中,在轧制力小的 修改后的程序投入运行后,精轧 情况下轧制力与轧机弹跳值并不是线的第一道次的实际轧制力和期望轧制 性关系,辊缝真实零位很难确定,所力较为接近,厚度控制得到改善,卡 以一般采用辊缝零调来标定人工零钢事故的次数明显减少,从以前每月 位,再以人工零位为基础进行辊缝控的2-3次,现在基本上杜绝了由于道 制,就是, FF次表引起的卡钢。 hS,0 ,，M0 2.1.2轧机弹性变形S0为相对人工辊缝零位的辊缝 F0值,轧制时,在轧制压力的作用下,为确定人工辊缝零位时的轧制轧机工作基座产生一定量的弹性变力。如图1中的A线。 形。弹性变形的结果将使实际压下量 另一方面,当作用在轧件上的轧制减小,轧件的出口厚度大于空载时的 ,F力变化时,轧件厚度上将被压下辊缝。为了获得正确的轧件的厚度, ,h,其关系为, 即必须减小空载时的辊缝,用以补偿,F,h,, Q 由于轧机弹性变形引起的辊缝变化。 Q其中,值称为轧件塑性系数。表现轧件厚度等于轧机的空载辊缝值加上 为图1中的B线。 轧机的弹性变形量,轧机的变形量在 一定范围内正比于轧制力F,也就是, 力的压靠下,通过HGC的位置传感,BBA,A 轧制力 器获得弹性变形量,然后通过在不同F 轧制力下的不同变形量,通过一次或F02次差分,拟合成轧机的弹性变形曲 HSO厚度0线。 ,H,S,h 图1 P-H图 下面是某次长标定后的轧机测量 利用P-H图可以综合分析轧机与数据。 轧件之间相互作用力与变形关系,如 ,B,B,H图1,当来料厚度变化,,时,轧制力,KN, 变形量,mm, 分析轧制力与辊缝变化趋势,需要如2000 -1.9562 何移动辊缝来消除来料厚度变化引起5000 -1.1511 ,A,A的轧件厚度变化,,,又比如当辊10000 -0.002 缝变化时,对轧件厚度的影响是多少。24000 2.4107 35000 3.9619 AGC也就是依照P-H图原理调 75000 9.6024,计算值, 节辊缝,保证轧件出口厚度稳定。要 拟合成轧机弹性曲线(P-H)如下图获得正确的补偿量就必须摸清楚轧机 的弹性变形曲线,这个曲线揭示了弹80000 70000 60000性变形对板材厚度的影响。为了获得50000 40000 这样的曲线,一般的方法是采用压靠30000 20000 10000法获得,我们的轧机同样是采用压靠0 法用以获得这样的曲线,在轧机的长-1.9562 -1.1511 标定过程中,同过轧辊的在一定轧制但是上图只是显示了轧制力和轧-0.002 2.4107 3.9619 9.6024 机弹性之间的简单关系,实际上轧机从上图可以看出轧制力的不同,弹性和轧件的宽度有重要的关系,为随着轧件宽度的变化,轧机的弹跳补了获得准确的补偿值还需要找出弹性偿值是不同的,同时轧辊的辊系变化变形和宽度之间的关系。在实际轧制也影响着轧机的弹跳补偿。 中, 轧件宽度不同, 对应相同的轧制 2.1.3轧辊热凸度补偿和轧辊磨力, 轧机弹跳也不同。当轧机中有宽 损补偿 度为B 的轧件时,关系式: 轧辊的磨损和热凸度是无法在实 f ( P) = h - S 际生产中进行测量的,一般都是采用B 式中,f ( P) 为轧机弹跳; P 为有限元分析方法,通过模型对轧辊的 B 轧制力; h 为轧件厚度; S 为辊缝。磨损和热凸度间接模拟计算用以获得 磨损和热凸度的值,用以补偿辊缝变 我们的主要任务是找出在不同厚 化。在实际生产中,发现实际的磨损度下的轧机弹跳方程和曲线,以获得 和热凸度和模型计算出来的存在一定正确的轧机厚度补偿。 的偏差,特别在轧辊的初期和轧辊末 2期,人工对厚度的修正往往很大。针1.5对这些现象,首先确认在线使用的所2000KN15000KN10000KN有轧辊材质和类型,以确保输入模型24000KN35000KN0.575000KN 的数据准确。其次检查模型的各种参015002000250030003650 -0.5数,在检查模型参数时发现在模型设 上图为轧机在各个轧制力情况定的大量参数中,有许多参数偏离了下,宽度和厚度补偿之间的关系现场的实际值,例如轧辊的重量,冷 却水的温度等,对于这一部分参数我 们严格按照现场的实际值进行设定,在辊缝变小,而在轧制力大的情况下,对于另外一些需要调整的参数,通过油膜变化程度相对较小。所以,油膜摸索和试验,用以确定最优的参数。补偿量是由轧机转速和轧制力共同决经过优化后的模型计算输出值和实际定的。通过实验测得油膜量、轧制力接近,操作工无需再频繁的修正。以及转速的关系曲线如上图。 2.1.4油膜厚度补偿2.1.5零点修正 虽然弹跳模型的计算精度较高, 如下图,显示的是油膜厚度和速 弥补了对辊系弹性变形考虑不足的缺度之间的关系 点,但是轧辊磨损和热凸度的变化很 难用数学模型精确地计算出来,而且 还可能存在某些不确定的因素影响着 轧机弹跳的计算。常见的而且是有效 的方法是在轧机弹跳方程上附加零点 漂移的处理方法。 零点修正实际上是一个长期自适 应的过程,它通过比较实测的轧件厚 度,主要是通过测厚仪,和AGC的辊 缝进行比较,通过自适应的算法,为 下一道次或者是下一个轧件的出口辊 缝进行修正,以达到厚度的精确控制 轧制过程中,当轧线升速,支撑辊 的目的,一般算法如下,中的油膜分布产生变化,其作用体现 Δ0 ( n) = (1 - α)Δ0 ( n - 1) +α( h′n - 1 差/纤维长度,或翘曲度,浪高/浪长,- hn - 1) ) (0 <α< 1) 表示,平常所说的板形从直观上来说 式中, h′n - 1 是上一块钢实测的就是指钢板的平直度,即是指钢板的出口厚度, hn - 1 是上一块钢的软测浪形,瓢曲或镰刀弯的有无及程度而量的出口厚度,Δ0 ( n - 1) 是上一块钢 言 的零点漂移修正量,Δ0 ( n) 是本块钢平直度缺陷主要分为下面2类, 板的零点漂移修正量。 , 板面瓢曲,包括长度方向瓢曲 因此通过优化测厚仪的测量反馈和宽度方向瓢曲 值,使其测量值接近或者等于轧件实 , 形状不良,包括中间波浪,边际厚度值,以保证测量值的准确,同 部波浪,镰刀弯时修正自适应系数,并对零点修正的 值作限幅处理,使其在一个合理的范2.2.1 镰刀弯的控制 围内进行修正,目前限幅在-0.3mm和 镰刀弯形成的主要原因,+0.3mm之间。 , 机械压下行程或HGC行程原2.2 板形控制 因造成两边有辊缝差板形是钢板几何形状的描述,包 括横截面形状,Profile,和平直度 , 轧辊附加水冷却不均造成轧,Flatness,两项内容。横截面形状 辊热凸度形成不当主要由凸度,楔形度等参数表示,其 中凸度,截面中点厚度与边部标志点, 钢板沿横向温度不均,造成两 侧轧制力差从而两侧轧辊的处厚度之差,为最常见的表示参数, 平直度用相对延伸差,长短纤维长度弹性压扁值不同 , 轧件未能完全对中,咬入时偏 离中心线 针对成因主要优化了机械压下和 HGC的控制程序,减小两边辊缝差, 以实现消除镰刀弯。 2.2.1.1 精轧机机械压下系统优 压下装置示意图化 空载时辊缝的调整是通过压下丝 机械压下系统由以下几个部分组杆,D,来实现的,压下丝杆,D,通 成, 过三相变频电机(A)和蜗轮蜗杆副(C) A、交流电机 来传动。在轧制过程中和急停时通过 B、气动抱闸 气动抱闸将机械压下系统锁紧在设定 C、涡轮蜗杆副 的位置。在压下丝杆下部,是上支撑 D、压下丝杆 辊平衡系统,以确保在轧制过程中使 E、压头 压下丝杆和上支撑辊轴承座之间产生 F、紧急回松装置 持续的压紧力,空载时使上支撑辊压 靠在压头上,消除压头与上支撑辊轴 生产过程中轧制的镰刀弯,通过分承座之间的间隙,在压下丝杆动作时, 析是由于辊缝动作后支撑辊平衡力没支撑辊平衡压力必须降低,使得辊系 有消除压下蜗轮蜗杆的间隙,在位置跟随丝杆动作。 传感器检测位置到达后,平衡压力调 节到240bar,此压力充分消除了各间 隙,由于两侧间隙不一致,造成1, 种形式, 3mm的偏差,由于此误差在PLC的, 辊缝大于30mm时机械压下允许范围内,但轧制时便出现镰刀弯。与液压压下同时动作 为解决此问题,必须合理设定压下动 , 辊缝小于30mm时机械压下作时的平衡力,综合以下因数考虑, 先动作,液压压下后动作 , 上支撑辊重129t,上工作辊重 机械压下,电机速度600rpm,0, 34t,上辊系总重约224t 32mm/sec,减速比18.5,允许偏差2 , 压下系统调节速度0,秒8mm 32mm/s, 液压压下,调节行程80mm,位置精 , 消除丝杆的间隙度?10um,响应时间40um,速度 15mm/s , 避免平衡力过大造成压下不 可见在小辊缝时用液压调节的响 动作或蜗轮蜗杆过度磨损 应时间和精确性要比机械调节效果 将压下下降时平衡力设为好。针对于20mm以下的薄板,对辊 缝定位要求高精度、短时间。既提高180bar,上升时设为185bar ,通过 跟踪两侧偏差在0.01mm,满足生产轧制节奏又保证板型。所以为了提高要求,并过度无磨损。轧制节奏和保证在轧制薄板时对单边 值的控制,决定开发辊缝调节的又一2.2.1.2 HGC辊缝控制,薄板轧 功能即关于小辊缝轧制中只用HGC制时由液压压下进行小辊缝调 调节。 节, 对于小辊缝轧制中的辊缝调节的改进 以前宽厚板轧制时辊缝调节的两 增加HGC单动调整辊缝步骤 在接收到新的设定辊缝小于 20mm时将需要调整的辊缝直接分配 给HGC,辊缝调节动作由全部HGC 完成,而EMP继续保留上一道次辊缝 在程序中增加小辊缝时HGC单动条件 时分配的行程确保EMP不动作而单 独动作HGC。 接收到新的设定辊缝后将需要调整的辊缝直接分配给HGC , 技术改进 极限值的设定,根据辊系、阶梯板、 阶梯块、HGC行程的极限值、EMP 行程极限值及轧制中心线的设定结合 牌坊、轴承座的机械位置计算出, 0.5<(hgcworkingpos+fenstec/2)<13. 0,否则就会造成贴辊等现象 。 单动HGC的条件,须建立一使能 模块确保辊缝在小于20mm压下量小 于3mm时HGC动作,而EMP不动 作。 增加小辊缝时单动HGC调节,大大提高了定位的速度和精确性,从而提高了轧制节奏和板型的质量 3.结束语