湘鋼3800mm板材厚度和板形控制的優(yōu)化.doc

- 6 -湘鋼3800mm板材厚度與板形控制的優(yōu)化(五米寬厚板廠 彭敦向) 概要：本文主要介紹湘鋼3800mm寬厚板軋機厚度與板形控制的功能、組成，研究和優(yōu)化厚度與板形控制的各種數(shù)學模型與補償，以及液壓小輥縫控制的研發(fā)與使用，為湘鋼3800mm寬厚板產(chǎn)品質量和成材率的提升奠定了堅實的基礎。1 前言本論文屬于軋制科學技術領域，是為了保證板材的交貨質量,提高成材率而做的探索和改進。07年前，按照寬厚板產(chǎn)品大綱，外方調試完畢的軋機設備軋制的產(chǎn)品基本滿足要求，但隨著產(chǎn)量的不斷提升及產(chǎn)品的不斷升級，控制系統(tǒng)必須保證質量的穩(wěn)定。相對之前主要是探索在提高軋制節(jié)奏下板材厚度與板形控制的穩(wěn)定性，因此對L2模型的再計算功能，精軋機AGC、PFC控制等進行深入了解及優(yōu)化，同時對軋輥的配輥、輥形進行摸索調整。本論文主要內容是通過自動化手段，實現(xiàn)對板材的厚度和板形的精確控制，以求達到優(yōu)化產(chǎn)品質量，減少廢次品；提高成材率，減少頭尾和切邊余量。2、 板材厚度和板形控制的探索2.1 厚度控制厚度控制的不準確不僅僅影響產(chǎn)品質量，同時由于中間坯厚度的不準確直接威脅到軋機的安全。影響厚度的主要原因是輥縫的不準確，所以只有保證輥縫的準確性，才能保證板材厚度的準確和穩(wěn)定，決定輥縫的因素有：l 道次表設定輥縫l 軋機彈性變形補償l 軋輥熱凸度補償l 軋輥磨損補償l 油膜補償l 零點修正補償要解決厚度控制不準的問題，首先必須從這幾個方面入手2.1.1道次表設定輥縫二級道次表計算模型(PSC),是采用的平均壓下率進行道次計算的，計算模式有4種，一是預計算，即板坯入爐后通過原始的PDI對板坯進行計算，用以檢測可軋性；二是設定計算，板坯入爐后，模型采集加熱爐溫度模型計算的板坯溫度，進行道次表計算；三是再計算，板坯軋過第一道次后的計算稱為再計算，模型采集軋制過程中的各種測量值，例如溫度、寬度、厚度和軋制力等，利用測量值為下道次進行重新計算；四是事后計算，鋼板軋制完后，通過軋后的數(shù)據(jù)進行重新計算，用于長期自適應。通過觀察和檢查二級程序，我們發(fā)現(xiàn)板坯經(jīng)過粗軋軋完后，進入中間輥道，在經(jīng)過高溫計時，模型沒有采用該測量值進行重新計算，而是直接使用的是粗軋結束時的道次表，中間坯在中間輥道上的溫度損失沒有考慮在道次表計算，造成精軋的實際軋制力和期望軋制力偏差較大，使厚度控制發(fā)生偏差，更嚴重的有時可以造成卡鋼或斷輥事故，對軋輥和主電機造成較大損害。通過修改二級程序（PlateBufferManager），在收到高溫計檢測到的溫度后向模型服務器發(fā)送再計算請求事件，待計算完成后再向DataHandler程序發(fā)送道次表發(fā)送事件，DataHandler程序收到事件后，將計算完的新的道次表發(fā)送到TCS系統(tǒng)中，用于實際軋制。修改后的程序投入運行后，精軋的第一道次的實際軋制力和期望軋制力較為接近，厚度控制得到改善，卡鋼事故的次數(shù)明顯減少，從以前每月的2-3次，現(xiàn)在基本上杜絕了由于道次表引起的卡鋼。2.1.2軋機彈性變形軋制時，在軋制壓力的作用下，軋機工作基座產(chǎn)生一定量的彈性變形。彈性變形的結果將使實際壓下量減小，軋件的出口厚度大于空載時的輥縫。為了獲得正確的軋件的厚度，即必須減小空載時的輥縫，用以補償由于軋機彈性變形引起的輥縫變化。軋件厚度等于軋機的空載輥縫值加上軋機的彈性變形量，軋機的變形量在一定范圍內正比于軋制力F，也就是：為軋件出口厚度，為空載輥縫，為軋制力。為軋機彈性變形系數(shù)。但在實際應用中，在軋制力小的情況下軋制力與軋機彈跳值并不是線性關系，輥縫真實零位很難確定，所以一般采用輥縫零調來標定人工零位，再以人工零位為基礎進行輥縫控制，就是：為相對人工輥縫零位的輥縫值，為確定人工輥縫零位時的軋制力。如圖1中的A線。另一方面，當作用在軋件上的軋制力變化時，軋件厚度上將被壓下，其關系為：其中，值稱為軋件塑性系數(shù)。表現(xiàn)為圖1中的B線。圖1 P-H圖利用P-H圖可以綜合分析軋機與軋件之間相互作用力與變形關系，如圖1，當來料厚度變化（）時，分析軋制力與輥縫變化趨勢，需要如何移動輥縫來消除來料厚度變化引起的軋件厚度變化（）；又比如當輥縫變化時，對軋件厚度的影響是多少。AGC也就是依照P-H圖原理調節(jié)輥縫，保證軋件出口厚度穩(wěn)定。要獲得正確的補償量就必須摸清楚軋機的彈性變形曲線，這個曲線揭示了彈性變形對板材厚度的影響。為了獲得這樣的曲線，一般的方法是采用壓靠法獲得，我們的軋機同樣是采用壓靠法用以獲得這樣的曲線，在軋機的長標定過程中，同過軋輥的在一定軋制力的壓靠下，通過HGC的位置傳感器獲得彈性變形量，然后通過在不同軋制力下的不同變形量，通過一次或2次差分，擬合成軋機的彈性變形曲線。下面是某次長標定后的軋機測量數(shù)據(jù)。軋制力（KN）變形量（mm）2000-1.95625000-1.151110000-0.002240002.4107350003.9619750009.6024（計算值）擬合成軋機彈性曲線(P-H)如下圖但是上圖只是顯示了軋制力和軋機彈性之間的簡單關系，實際上軋機彈性和軋件的寬度有重要的關系，為了獲得準確的補償值還需要找出彈性變形和寬度之間的關系。在實際軋制中, 軋件寬度不同, 對應相同的軋制力, 軋機彈跳也不同。當軋機中有寬度為B 的軋件時,關系式:f B ( P) = h - S 式中：f B ( P) 為軋機彈跳; P 為軋制力; h 為軋件厚度; S 為輥縫。我們的主要任務是找出在不同厚度下的軋機彈跳方程和曲線，以獲得正確的軋機厚度補償。上圖為軋機在各個軋制力情況下，寬度和厚度補償之間的關系從上圖可以看出軋制力的不同，隨著軋件寬度的變化，軋機的彈跳補償值是不同的，同時軋輥的輥系變化也影響著軋機的彈跳補償。2.1.3軋輥熱凸度補償和軋輥磨損補償軋輥的磨損和熱凸度是無法在實際生產(chǎn)中進行測量的，一般都是采用有限元分析方法，通過模型對軋輥的磨損和熱凸度間接模擬計算用以獲得磨損和熱凸度的值，用以補償輥縫變化。在實際生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)實際的磨損和熱凸度和模型計算出來的存在一定的偏差，特別在軋輥的初期和軋輥末期，人工對厚度的修正往往很大。針對這些現(xiàn)象，首先確認在線使用的所有軋輥材質和類型，以確保輸入模型的數(shù)據(jù)準確。其次檢查模型的各種參數(shù)，在檢查模型參數(shù)時發(fā)現(xiàn)在模型設定的大量參數(shù)中，有許多參數(shù)偏離了現(xiàn)場的實際值，例如軋輥的重量，冷卻水的溫度等，對于這一部分參數(shù)我們嚴格按照現(xiàn)場的實際值進行設定，對于另外一些需要調整的參數(shù)，通過摸索和試驗，用以確定最優(yōu)的參數(shù)。經(jīng)過優(yōu)化后的模型計算輸出值和實際接近，操作工無需再頻繁的修正。2.1.4油膜厚度補償如下圖，顯示的是油膜厚度和速度之間的關系軋制過程中，當軋線升速，支撐輥中的油膜分布產(chǎn)生變化，其作用體現(xiàn)在輥縫變小，而在軋制力大的情況下，油膜變化程度相對較小。所以，油膜補償量是由軋機轉速和軋制力共同決定的。通過實驗測得油膜量、軋制力以及轉速的關系曲線如上圖。2.1.5零點修正雖然彈跳模型的計算精度較高,彌補了對輥系彈性變形考慮不足的缺點,但是軋輥磨損和熱凸度的變化很難用數(shù)學模型精確地計算出來,而且還可能存在某些不確定的因素影響著軋機彈跳的計算。常見的而且是有效的方法是在軋機彈跳方程上附加零點漂移的處理方法。零點修正實際上是一個長期自適應的過程，它通過比較實測的軋件厚度（主要是通過測厚儀）和AGC的輥縫進行比較，通過自適應的算法，為下一道次或者是下一個軋件的出口輥縫進行修正，以達到厚度的精確控制的目的，一般算法如下：0 ( n) = (1 - )0 ( n - 1) +( hn - 1 - hn - 1) ) (0 1)式中, hn - 1 是上一塊鋼實測的出口厚度, hn - 1 是上一塊鋼的軟測量的出口厚度,0 ( n - 1) 是上一塊鋼的零點漂移修正量,0 ( n) 是本塊鋼板的零點漂移修正量。因此通過優(yōu)化測厚儀的測量反饋值，使其測量值接近或者等于軋件實際厚度值，以保證測量值的準確，同時修正自適應系數(shù)，并對零點修正的值作限幅處理，使其在一個合理的范圍內進行修正，目前限幅在-0.3mm和+0.3mm之間。2.2 板形控制板形是鋼板幾何形狀的描述，包括橫截面形狀（Profile）和平直度（Flatness）兩項內容。橫截面形狀主要由凸度，楔形度等參數(shù)表示，其中凸度（截面中點厚度與邊部標志點處厚度之差）為最常見的表示參數(shù)；平直度用相對延伸差（長短纖維長度差/纖維長度）或翹曲度（浪高/浪長）表示，平常所說的板形從直觀上來說就是指鋼板的平直度，即是指鋼板的浪形，瓢曲或鐮刀彎的有無及程度而言平直度缺陷主要分為下面2類：l 板面瓢曲，包括長度方向瓢曲和寬度方向瓢曲l 形狀不良，包括中間波浪，邊部波浪，鐮刀彎2.2.1 鐮刀彎的控制鐮刀彎形成的主要原因：l 機械壓下行程或HGC行程原因造成兩邊有輥縫差l 軋輥附加水冷卻不均造成軋輥熱凸度形成不當l 鋼板沿橫向溫度不均，造成兩側軋制力差從而兩側軋輥的彈性壓扁值不同l 軋件未能完全對中，咬入時偏離中心線針對成因主要優(yōu)化了機械壓下和HGC的控制程序，減小兩邊輥縫差，以實現(xiàn)消除鐮刀彎。2.2.1.1 精軋機機械壓下系統(tǒng)優(yōu)化空載時輥縫的調整是通過壓下絲桿（D）來實現(xiàn)的，壓下絲桿（D）通過三相變頻電機(A)和蝸輪蝸桿副(C)來傳動。在軋制過程中和急停時通過氣動抱閘將機械壓下系統(tǒng)鎖緊在設定的位置。在壓下絲桿下部，是上支撐輥平衡系統(tǒng)，以確保在軋制過程中使壓下絲桿和上支撐輥軸承座之間產(chǎn)生持續(xù)的壓緊力，空載時使上支撐輥壓靠在壓頭上，消除壓頭與上支撐輥軸承座之間的間隙，在壓下絲桿動作時，支撐輥平衡壓力必須降低，使得輥系跟隨絲桿動作。壓下裝置示意圖機械壓下系統(tǒng)由以下幾個部分組成：A、交流電機B、氣動抱閘C、渦輪蝸桿副D、壓下絲桿E、壓頭F、緊急回松裝置生產(chǎn)過程中軋制的鐮刀彎，通過分析是由于輥縫動作后支撐輥平衡力沒有消除壓下蝸輪蝸桿的間隙，在位置傳感器檢測位置到達后，平衡壓力調節(jié)到240bar，此壓力充分消除了各間隙，由于兩側間隙不一致，造成13mm的偏差，由于此誤差在PLC的允許范圍內，但軋制時便出現(xiàn)鐮刀彎。為解決此問題，必須合理設定壓下動作時的平衡力，綜合以下因數(shù)考慮：l 上支撐輥重129t，上工作輥重34t，上輥系總重約224tl 壓下系統(tǒng)調節(jié)速度032mm/s，l 消除絲桿的間隙l 避免平衡力過大造成壓下不動作或蝸輪蝸桿過度磨損將壓下下降時平衡力設為180bar，上升時設為185bar ，通過跟蹤兩側偏差在0.01mm，滿足生產(chǎn)要求，并過度無磨損。2.2.1.2 HGC輥縫控制（薄板軋制時由液壓壓下進行小輥縫調節(jié)） 以前寬厚板軋制時輥縫調節(jié)的兩種形式：l 輥縫大于30mm時機械壓下與液壓壓下同時動作l 輥縫小于30mm時機械壓下先動作，液壓壓下后動作機械壓下：電機速度600rpm，032mm/sec，減速比18.5，允許偏差2秒8mm液壓壓下：調節(jié)行程80mm，位置精度10um，響應時間40um，速度15mm/s可見在小輥縫時用液壓調節(jié)的響應時間和精確性要比機械調節(jié)效果好。針對于20mm以下的薄板，對輥縫定位要求高精度、短時間。既提高軋制節(jié)奏又保證板型。所以為了提高軋制節(jié)奏和保證在軋制薄板時對單邊值的控制，決定開發(fā)輥縫調節(jié)的又一功能即關于小輥縫軋制中只用HGC調節(jié)。對于小輥縫軋制中的輥縫調節(jié)的改進增加HGC單動調整輥縫步驟在接收到新的設定輥縫小于20mm時將需要調整的輥縫直接分配給HGC，輥縫調節(jié)動作由全部HGC完成，而EMP繼續(xù)保留上一道次輥縫時分配的行程確保EMP不動作而單獨動作HGC。單動HGC的條件：須建立一使能模塊確保輥縫在小于20mm壓下量小于3mm時HGC動作，而EMP不動作。在程序中增加小輥縫時HGC單動條件接收到新的設定輥縫后將需要調整的輥縫直接分配給HGCl 技術改進極限值的設定：根據(jù)輥系、階梯板、階梯塊、HGC行程的極限值、EMP行程極限值及軋制中心線的設定結合牌坊、軸承座的機械位置計算出，0.5(hgcworkingpos+fen