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(jī)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(xué)模型與補(bǔ)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(zhì)量和成材率的提升奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1 前言本論文屬于軋制科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，是為了保證板材的交貨質(zhì)量,提高成材率而做的探索和改進(jìn)。07年前，按照寬厚板產(chǎn)品大綱，外方調(diào)試完畢的軋機(jī)設(shè)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(jí)，控制系統(tǒng)必須保證質(zhì)量的穩(wěn)定。相對(duì)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(duì)L2模型的再計(jì)算功能，精軋機(jī)AGC、PFC控制等進(jìn)行深入了解及優(yōu)化，同時(shí)對(duì)軋輥的配輥、輥形進(jìn)行摸索調(diào)整。本論文主要內(nèi)容是通過(guò)自動(dòng)化手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)板材的厚度和板形的精確控制，以求達(dá)到優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，減少?gòu)U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(zhǔn)確不僅僅影響產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)由于中間坯厚度的不準(zhǔn)確直接威脅到軋機(jī)的安全。影響厚度的主要原因是輥縫的不準(zhǔn)確，所以只有保證輥縫的準(zhǔn)確性，才能保證板材厚度的準(zhǔn)確和穩(wěn)定，決定輥縫的因素有：l 道次表設(shè)定輥縫l 軋機(jī)彈性變形補(bǔ)償l 軋輥熱凸度補(bǔ)償l 軋輥磨損補(bǔ)償l 油膜補(bǔ)償l 零點(diǎn)修正補(bǔ)償要解決厚度控制不準(zhǔn)的問(wèn)題，首先必須從這幾個(gè)方面入手2.1.1道次表設(shè)定輥縫二級(jí)道次表計(jì)算模型(PSC),是采用的平均壓下率進(jìn)行道次計(jì)算的，計(jì)算模式有4種，一是預(yù)計(jì)算，即板坯入爐后通過(guò)原始的PDI對(duì)板坯進(jìn)行計(jì)算，用以檢測(cè)可軋性；二是設(shè)定計(jì)算，板坯入爐后，模型采集加熱爐溫度模型計(jì)算的板坯溫度，進(jìn)行道次表計(jì)算；三是再計(jì)算，板坯軋過(guò)第一道次后的計(jì)算稱(chēng)為再計(jì)算，模型采集軋制過(guò)程中的各種測(cè)量值，例如溫度、寬度、厚度和軋制力等，利用測(cè)量值為下道次進(jìn)行重新計(jì)算；四是事后計(jì)算，鋼板軋制完后，通過(guò)軋后的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新計(jì)算，用于長(zhǎng)期自適應(yīng)。通過(guò)觀察和檢查二級(jí)程序，我們發(fā)現(xiàn)板坯經(jīng)過(guò)粗軋軋完后，進(jìn)入中間輥道，在經(jīng)過(guò)高溫計(jì)時(shí)，模型沒(méi)有采用該測(cè)量值進(jìn)行重新計(jì)算，而是直接使用的是粗軋結(jié)束時(shí)的道次表，中間坯在中間輥道上的溫度損失沒(méi)有考慮在道次表計(jì)算，造成精軋的實(shí)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(yán)重的有時(shí)可以造成卡鋼或斷輥事故，對(duì)軋輥和主電機(jī)造成較大損害。通過(guò)修改二級(jí)程序（PlateBufferManager），在收到高溫計(jì)檢測(cè)到的溫度后向模型服務(wù)器發(fā)送再計(jì)算請(qǐng)求事件，待計(jì)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(jì)算完的新的道次表發(fā)送到TCS系統(tǒng)中，用于實(shí)際軋制。修改后的程序投入運(yùn)行后，精軋的第一道次的實(shí)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(jī)彈性變形軋制時(shí)，在軋制壓力的作用下，軋機(jī)工作基座產(chǎn)生一定量的彈性變形。彈性變形的結(jié)果將使實(shí)際壓下量減小，軋件的出口厚度大于空載時(shí)的輥縫。為了獲得正確的軋件的厚度，即必須減小空載時(shí)的輥縫，用以補(bǔ)償由于軋機(jī)彈性變形引起的輥縫變化。軋件厚度等于軋機(jī)的空載輥縫值加上軋機(jī)的彈性變形量，軋機(jī)的變形量在一定范圍內(nèi)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(jī)彈性變形系數(shù)。但在實(shí)際應(yīng)用中，在軋制力小的情況下軋制力與軋機(jī)彈跳值并不是線性關(guān)系，輥縫真實(shí)零位很難確定，所以一般采用輥縫零調(diào)來(lái)標(biāo)定人工零位，再以人工零位為基礎(chǔ)進(jìn)行輥縫控制，就是：為相對(duì)人工輥縫零位的輥縫值，為確定人工輥縫零位時(shí)的軋制力。如圖1中的A線。另一方面，當(dāng)作用在軋件上的軋制力變化時(shí)，軋件厚度上將被壓下，其關(guān)系為：其中，值稱(chēng)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(jī)與軋件之間相互作用力與變形關(guān)系，如圖1，當(dāng)來(lái)料厚度變化（）時(shí)，分析軋制力與輥縫變化趨勢(shì)，需要如何移動(dòng)輥縫來(lái)消除來(lái)料厚度變化引起的軋件厚度變化（）；又比如當(dāng)輥縫變化時(shí)，對(duì)軋件厚度的影響是多少。AGC也就是依照P-H圖原理調(diào)節(jié)輥縫，保證軋件出口厚度穩(wěn)定。要獲得正確的補(bǔ)償量就必須摸清楚軋機(jī)的彈性變形曲線，這個(gè)曲線揭示了彈性變形對(duì)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(jī)同樣是采用壓靠法用以獲得這樣的曲線，在軋機(jī)的長(zhǎng)標(biāo)定過(guò)程中，同過(guò)軋輥的在一定軋制力的壓靠下，通過(guò)HGC的位置傳感器獲得彈性變形量，然后通過(guò)在不同軋制力下的不同變形量，通過(guò)一次或2次差分，擬合成軋機(jī)的彈性變形曲線。下面是某次長(zhǎng)標(biāo)定后的軋機(jī)測(cè)量數(shù)據(jù)。軋制力（KN）變形量（mm）2000-1.95625000-1.151110000-0.002240002.4107350003.9619750009.6024（計(jì)算值）擬合成軋機(jī)彈性曲線(P-H)如下圖但是上圖只是顯示了軋制力和軋機(jī)彈性之間的簡(jiǎn)單關(guān)系，實(shí)際上軋機(jī)彈性和軋件的寬度有重要的關(guān)系，為了獲得準(zhǔn)確的補(bǔ)償值還需要找出彈性變形和寬度之間的關(guān)系。在實(shí)際軋制中, 軋件寬度不同, 對(duì)應(yīng)相同的軋制力, 軋機(jī)彈跳也不同。當(dāng)軋機(jī)中有寬度為B 的軋件時(shí),關(guān)系式:f B ( P) = h - S 式中：f B ( P) 為軋機(jī)彈跳; P 為軋制力; h 為軋件厚度; S 為輥縫。我們的主要任務(wù)是找出在不同厚度下的軋機(jī)彈跳方程和曲線，以獲得正確的軋機(jī)厚度補(bǔ)償。上圖為軋機(jī)在各個(gè)軋制力情況下，寬度和厚度補(bǔ)償之間的關(guān)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(jī)的彈跳補(bǔ)償值是不同的，同時(shí)軋輥的輥系變化也影響著軋機(jī)的彈跳補(bǔ)償。2.1.3軋輥熱凸度補(bǔ)償和軋輥磨損補(bǔ)償軋輥的磨損和熱凸度是無(wú)法在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行測(cè)量的，一般都是采用有限元分析方法，通過(guò)模型對(duì)軋輥的磨損和熱凸度間接模擬計(jì)算用以獲得磨損和熱凸度的值，用以補(bǔ)償輥縫變化。在實(shí)際生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)實(shí)際的磨損和熱凸度和模型計(jì)算出來(lái)的存在一定的偏差，特別在軋輥的初期和軋輥末期，人工對(duì)厚度的修正往往很大。針對(duì)這些現(xiàn)象，首先確認(rèn)在線使用的所有軋輥材質(zhì)和類(lèi)型，以確保輸入模型的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。其次檢查模型的各種參數(shù)，在檢查模型參數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)在模型設(shè)定的大量參數(shù)中，有許多參數(shù)偏離了現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際值，例如軋輥的重量，冷卻水的溫度等，對(duì)于這一部分參數(shù)我們嚴(yán)格按照現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際值進(jìn)行設(shè)定，對(duì)于另外一些需要調(diào)整的參數(shù)，通過(guò)摸索和試驗(yàn)，用以確定最優(yōu)的參數(shù)。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的模型計(jì)算輸出值和實(shí)際接近，操作工無(wú)需再頻繁的修正。2.1.4油膜厚度補(bǔ)償如下圖，顯示的是油膜厚度和速度之間的關(guān)系軋制過(guò)程中，當(dāng)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(duì)較小。所以，油膜補(bǔ)償量是由軋機(jī)轉(zhuǎn)速和軋制力共同決定的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得油膜量、軋制力以及轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線如上圖。2.1.5零點(diǎn)修正雖然彈跳模型的計(jì)算精度較高,彌補(bǔ)了對(duì)輥系彈性變形考慮不足的缺點(diǎn),但是軋輥磨損和熱凸度的變化很難用數(shù)學(xué)模型精確地計(jì)算出來(lái),而且還可能存在某些不確定的因素影響著軋機(jī)彈跳的計(jì)算。常見(jiàn)的而且是有效的方法是在軋機(jī)彈跳方程上附加零點(diǎn)漂移的處理方法。零點(diǎn)修正實(shí)際上是一個(gè)長(zhǎng)期自適應(yīng)的過(guò)程，它通過(guò)比較實(shí)測(cè)的軋件厚度（主要是通過(guò)測(cè)厚儀）和AGC的輥縫進(jìn)行比較，通過(guò)自適應(yīng)的算法，為下一道次或者是下一個(gè)軋件的出口輥縫進(jìn)行修正，以達(dá)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(shí)測(cè)的出口厚度, hn - 1 是上一塊鋼的軟測(cè)量的出口厚度,0 ( n - 1) 是上一塊鋼的零點(diǎn)漂移修正量,0 ( n) 是本塊鋼板的零點(diǎn)漂移修正量。因此通過(guò)優(yōu)化測(cè)厚儀的測(cè)量反饋值，使其測(cè)量值接近或者等于軋件實(shí)際厚度值，以保證測(cè)量值的準(zhǔn)確，同時(shí)修正自適應(yīng)系數(shù)，并對(duì)零點(diǎn)修正的值作限幅處理，使其在一個(gè)合理的范圍內(nèi)進(jìn)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(xiàng)內(nèi)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(diǎn)厚度與邊部標(biāo)志點(diǎn)處厚度之差）為最常見(jiàn)的表示參數(shù)；平直度用相對(duì)延伸差（長(zhǎng)短纖維長(zhǎng)度差/纖維長(zhǎng)度）或翹曲度（浪高/浪長(zhǎng)）表示，平常所說(shuō)的板形從直觀上來(lái)說(shuō)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(wú)及程度而言平直度缺陷主要分為下面2類(lèi)：l 板面瓢曲，包括長(zhǎng)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(jī)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(dāng)l 鋼板沿橫向溫度不均，造成兩側(cè)軋制力差從而兩側(cè)軋輥的彈性壓扁值不同l 軋件未能完全對(duì)中，咬入時(shí)偏離中心線針對(duì)成因主要優(yōu)化了機(jī)械壓下和HGC的控制程序，減小兩邊輥縫差，以實(shí)現(xiàn)消除鐮刀彎。2.2.1.1 精軋機(jī)機(jī)械壓下系統(tǒng)優(yōu)化空載時(shí)輥縫的調(diào)整是通過(guò)壓下絲桿（D）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，壓下絲桿（D）通過(guò)三相變頻電機(jī)(A)和蝸輪蝸桿副(C)來(lái)傳動(dòng)。在軋制過(guò)程中和急停時(shí)通過(guò)氣動(dòng)抱閘將機(jī)械壓下系統(tǒng)鎖緊在設(shè)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(guò)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(shí)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(dòng)作時(shí)，支撐輥平衡壓力必須降低，使得輥系跟隨絲桿動(dòng)作。壓下裝置示意圖機(jī)械壓下系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：A、交流電機(jī)B、氣動(dòng)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(guò)程中軋制的鐮刀彎，通過(guò)分析是由于輥縫動(dòng)作后支撐輥平衡力沒(méi)有消除壓下蝸輪蝸桿的間隙，在位置傳感器檢測(cè)位置到達(dá)后，平衡壓力調(diào)節(jié)到240bar，此壓力充分消除了各間隙，由于兩側(cè)間隙不一致，造成13mm的偏差，由于此誤差在PLC的允許范圍內(nèi)，但軋制時(shí)便出現(xiàn)鐮刀彎。為解決此問(wèn)題，必須合理設(shè)定壓下動(dòng)作時(shí)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(diào)節(jié)速度032mm/s，l 消除絲桿的間隙l 避免平衡力過(guò)大造成壓下不動(dòng)作或蝸輪蝸桿過(guò)度磨損將壓下下降時(shí)平衡力設(shè)為180bar，上升時(shí)設(shè)為185bar ，通過(guò)跟蹤兩側(cè)偏差在0.01mm，滿足生產(chǎn)要求，并過(guò)度無(wú)磨損。2.2.1.2 HGC輥縫控制（薄板軋制時(shí)由液壓壓下進(jìn)行小輥縫調(diào)節(jié)） 以前寬厚板軋制時(shí)輥縫調(diào)節(jié)的兩種形式：l 輥縫大于30mm時(shí)機(jī)械壓下與液壓壓下同時(shí)動(dòng)作l 輥縫小于30mm時(shí)機(jī)械壓下先動(dòng)作，液壓壓下后動(dòng)作機(jī)械壓下：電機(jī)速度600rpm，032mm/sec，減速比18.5，允許偏差2秒8mm液壓壓下：調(diào)節(jié)行程80mm，位置精度10um，響應(yīng)時(shí)間40um，速度15mm/s可見(jiàn)在小輥縫時(shí)用液壓調(diào)節(jié)的響應(yīng)時(shí)間和精確性要比機(jī)械調(diào)節(jié)效果好。針對(duì)于20mm以下的薄板，對(duì)輥縫定位要求高精度、短時(shí)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(shí)對(duì)單邊值的控制，決定開(kāi)發(fā)輥縫調(diào)節(jié)的又一功能即關(guān)于小輥縫軋制中只用HGC調(diào)節(jié)。對(duì)于小輥縫軋制中的輥縫調(diào)節(jié)的改進(jìn)增加HGC單動(dòng)調(diào)整輥縫步驟在接收到新的設(shè)定輥縫小于20mm時(shí)將需要調(diào)整的輥縫直接分配給HGC，輥縫調(diào)節(jié)動(dòng)作由全部HGC完成，而EMP繼續(xù)保留上一道次輥縫時(shí)分配的行程確保EMP不動(dòng)作而單獨(dú)動(dòng)作HGC。單動(dòng)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(shí)HGC動(dòng)作，而EMP不動(dòng)作。在程序中增加小輥縫時(shí)HGC單動(dòng)條件接收到新的設(shè)定輥縫后將需要調(diào)整的輥縫直接分配給HGCl 技術(shù)改進(jìn)極限值的設(shè)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(shè)定結(jié)合牌坊、軸承座的機(jī)械位置計(jì)算出，0.5(hgcworkingpos+fen