第9節(jié)-軋鋼厚度自動控制

1、內(nèi) 蒙 古 科 技 大 學(xué) 教 案 材 料 與 冶 金 學(xué) 院 李 振 亮課程名稱：材料成型控制工程基礎(chǔ) （第9章，共11章） 編寫時間：2010 年9月1日授課章節(jié)9板帶材生產(chǎn)過程自動控制9.1熱軋板帶軋制過程控制的基本內(nèi)容 9.2 厚度自動控制9.3板形自動控制9.4溫度控制目的要求本章介紹了包鋼CSP控制系統(tǒng)的相關(guān)組成與控制功能（1）掌握軋機(jī)剛度K、軋件剛度M、壓下有效系數(shù)的概念（2）深入理解“彈跳方程理論” （3）不同厚度控制方式的控制原理重點難點重點：重點掌握板帶鋼軋制厚度控制、板形控制的分類和控制原理、壓下有效系數(shù)概念難點：不同厚度控制方式的控制原理第9章 板帶材生產(chǎn)過程自動控制9

2、.1薄板坯生產(chǎn)過程自動化及控制功能 包鋼CSP工藝流程特點連鑄坯液芯壓下頂彎、拉矯液壓擺式切頭剪均熱爐事故飛剪高壓水除磷立輥軋邊F1- F6精軋層流冷卻地下卷取機(jī)n CSP工藝自動化過程（動畫演示） 厚度自動控制 板形自動控制 溫度自動控制約15分鐘內(nèi) 蒙 古 科 技 大 學(xué) 教 案9.2 厚度自動控制n 知識要點：三個概念： 軋機(jī)剛度K、軋件剛度M、壓下有效系數(shù)C三種厚度控制基本形式： 測厚儀式（反饋式） 厚度計（反饋式） 整機(jī)架式（前饋式）厚度自動控制原理9.2.1 P-H圖是板帶厚度控制的理論基礎(chǔ)式中：h軋制出口厚度 S0預(yù)設(shè)輥縫值 S軋制彈跳值 P軋制壓力 Km軋機(jī)剛度系數(shù)，表征使軋機(jī)

3、生產(chǎn)單位彈跳量所需的軋制壓 力 凡是影響預(yù)設(shè)輥縫S0和軋制壓力P的因素都將最終影響到軋件出口厚度h，概括起來有如下四方面：（1） 輥縫變化的影響。（2）溫度變化的影響。（3）張力變化的影響。（4）速度變化的影響。重點掌握內(nèi) 蒙 古 科 技 大 學(xué) 教 案9.2.2 軋制過程厚度變化的基本規(guī)律n 厚度隨輥縫變化的規(guī)律 小結(jié)：軋機(jī)的原始預(yù)設(shè)輥縫值S0決定著彈性曲線A的起始位置， A曲線左移 ，出口厚度減小采取預(yù)壓緊軋制時，即在進(jìn)行軋制之前，使上、下軋輥以一定的預(yù)壓力P0互相壓緊，能將軋件軋得更薄 軋制過程中，因軋輥熱膨脹、軋輥磨損或軋輥偏心而引起的輥縫變化，也會引起S0改變，從而導(dǎo)致軋件出口厚度h

4、發(fā)生變化 n 厚度隨軋機(jī)剛度變化的規(guī)律 小結(jié)：提高軋機(jī)剛度有利于將軋件軋得更薄，目前板帶材軋機(jī)的剛度通常大于500600t/mm 實際軋制過程中，由于軋輥的凸度大小不同，軋輥軸承的性質(zhì)以及潤滑油的性質(zhì)不同，軋輥圓周速度發(fā)生變化，也會引起剛度系數(shù)發(fā)生變化 n 厚度隨軋制壓力變化的規(guī)律 小結(jié)：S0和Km值保持一定的條件下，來料厚度減小，則B曲線的起始位置左移，且斜率稍有減小，即材料的塑性剛度稍有減小，故實際軋出厚度也減小 減小摩擦系數(shù)時，軋制壓力會降低可使的帶鋼軋得更薄 變形抗力增大時，B曲線斜率增大軋件出口厚度也增厚 張力增大時，B曲線斜率減小，可使軋件軋得更薄 （約510分鐘）（約515分鐘）

5、（約515分鐘內(nèi) 蒙 古 科 技 大 學(xué) 教 案9.2.3 厚度自控系統(tǒng)的基本形式及其控制原理AGC的分類有多種方法：（1）根據(jù)軋制過程中控制信息流動與作用情況不同，厚度自動控制系統(tǒng)可分為：反饋式、前饋式、監(jiān)控式、張力式、金屬秒流量式等。（2）根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來看，可以分為：電動AGC和液壓AGC。（3）根據(jù)AGC的硬件系統(tǒng)不同，可分為模擬式AGC和直接數(shù)字控制（DDC）式AGC。（4）根據(jù)軋制過程中帶鋼承受作用的不同，還有各種補(bǔ)償?shù)暮穸瓤刂葡到y(tǒng)：速度補(bǔ)償控制、寬度補(bǔ)償控制、支持輥偏心補(bǔ)償控制、油膜厚度補(bǔ)償控制、帶鋼尾部補(bǔ)償?shù)瓤刂葡到y(tǒng)。（5）根據(jù)設(shè)定方式和軋機(jī)壓下效率補(bǔ)償環(huán)節(jié)不同，它可以分為：軋制

6、壓力 AGC（又稱P-AGC、GM-AGC）、相對值A(chǔ)GC和絕對值A(chǔ)GC。厚度自動控制系統(tǒng)是熱連軋精軋機(jī)組自動控制中的一個極為重要的組成部分。過去一般是采用模擬系統(tǒng)，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代化的冷、熱連軋機(jī)都廣泛采用直接數(shù)字控制計算機(jī)（DDC）進(jìn)行帶鋼的厚度自動控制，稱為DDC-AGC系統(tǒng)。它能綜合采用多種型式的厚度自動控制系統(tǒng)，以適應(yīng)不同鋼種、規(guī)格和工藝參數(shù)變化的要求，便于對動態(tài)過程中參數(shù)的變化進(jìn)行補(bǔ)償。用測厚儀測厚的反饋式厚度自控系統(tǒng)原理 圖9-14 測厚儀型反饋式厚度自動控制系統(tǒng) 圖9-15 h與S的關(guān)系曲線h實實測厚度；h給給定厚度“壓下有效系數(shù)”的概念？ 由前式可知，當(dāng)軋機(jī)的空載輥

7、縫S0改變S時，所引起的軋件出口厚度變化量h要小于S，h與S之間的比值C=h/S稱為“壓下有效系數(shù)”，表示壓下螺絲位置改變量能造成多大的軋件出口厚度變化量。 （9-5）考點（約510分鐘）（約515分鐘）（約515分鐘考點內(nèi) 蒙 古 科 技 大 學(xué) 教 案測厚儀反饋測厚的本質(zhì)： 按比例進(jìn)行厚度控制由于存在時滯，這種按比例進(jìn)行厚度控制的系統(tǒng)很難實現(xiàn)穩(wěn)定的控制。為了克服這個問題，因此可以采用“厚度計式“厚度自動控制系統(tǒng) 厚度計式厚度自控系統(tǒng)原理本質(zhì): 根據(jù)“軋機(jī)彈跳方程P-h圖”測得的厚度值進(jìn)行厚度控制的系統(tǒng)稱為GM-AGC或稱P-AGC 在此種情況下，等于把整個機(jī)架作為測量厚度的“厚度計”。這種

8、檢測厚度的方法稱為“厚度計法”（簡稱GM），以區(qū)別用測厚儀檢測厚度的方法。GM-AGC工作原理圖 前饋式厚度自控系統(tǒng)原理引入的原因: 用“測厚儀”和“厚度計”測厚的反饋式AGC，都無法避免信號傳遞的滯后，因而限制了控制精度的進(jìn)一步提高，特別是當(dāng)原料厚度波動較大時，更會影響軋件出口厚度的精度 為克服此缺點，在現(xiàn)代的冷熱連軋機(jī)上都廣泛采用前“反饋式”厚度自動控制系統(tǒng)，簡稱“前饋AGC”、或稱為“預(yù)控AGC”。 堂課結(jié)論：由于前饋式AGC屬于開環(huán)控制系統(tǒng)，單獨使用難以得到優(yōu)良的控制性能，一般是將前饋式AGC與反饋式AGC結(jié)合使用，所以它的控制效果也只能與反饋式AGC結(jié)合在一起進(jìn)行評定. （約515分

9、鐘）（約515分鐘內(nèi) 蒙 古 科 技 大 學(xué) 教 案由于是上游軋機(jī)往下游軋機(jī)傳送信號，來實現(xiàn)厚度自動控制，所以稱為前饋AGC，又稱預(yù)控AGC。 圖9-21 前饋AGC控制示意圖 圖9-22 h、S、H之間的關(guān)系曲線 （9-10）表9-2 各機(jī)架的軋出厚度和厚度偏差37項 目機(jī)架號帶坯F1F2F3F4F5原始帶鋼厚度/mm16.09.5255.9693.9872.721.905有偏差后的帶鋼厚度/mm17.69.756.0354.022.7351.91厚度偏差/mm1.60.2250.0660.0330.0230.010.015增厚率/10.02.361.10.830.850.26糾正厚度偏差的

10、能力/8670.65030.33456壓力差(P/kN)(Km4900 kN/mm時)1102.5323.4161.7112.74973.5由于前饋式AGC屬于開環(huán)控制系統(tǒng)，單獨使用難以得到優(yōu)良的控制性能，一般是將前饋式AGC與反饋式AGC結(jié)合使用，所以它的控制效果也只能與反饋式AGC結(jié)合在一起進(jìn)行評定。X射線監(jiān)控式厚度自動控制基本原理（約510分鐘）考點（約515分鐘）了解內(nèi) 蒙 古 科 技 大 學(xué) 教 案液壓式厚度自控系統(tǒng)的軋機(jī)剛性可變控制原理軋機(jī)等效剛度 (9-15)表9-3 與KE的關(guān)系取值KE值控制方式 =1KE = 恒輥縫控制0 < <1KE > Km硬特性控制

11、= 0KE = Km自然剛度控制 < 0KE < Km軟特性控制 =KE = 0恒壓力控制（1）恒輥縫控制（等厚軋制）。（2）硬特性控制。（3）自然剛度控制。（4）軟特性控制。（5）恒壓力控制（等壓軋制）。采用硬特性控制時，使縱向厚差減小，但使板形變壞；恒輥縫控制（最硬）使縱向厚差最小（為零），但板形最壞。采用軟特性控制時，使縱向厚差加大，但板形變好；恒壓力控制（最軟）使縱向厚差最大，但板形最好。一般在軋制的前幾個道次采用硬特性控制，在軋制的后幾個道次采用恒壓力控制，以達(dá)到平整軋件改善板形的目的。重點掌握，考點（約15分鐘）內(nèi) 蒙 古 科 技 大 學(xué) 教 案AGC系統(tǒng)的補(bǔ)償功能與A

12、GC系統(tǒng)有關(guān)的主要補(bǔ)償功能包括39：(1) 活套補(bǔ)償。(2)板形軋制力前饋補(bǔ)償。(3) 彎輥、油膜厚度補(bǔ)償。(4)偏心補(bǔ)償。(5)尾部補(bǔ)償。(6)寬度補(bǔ)償。9.3板形自動控制成品帶鋼的斷面形狀（profile or contour）和平直度（flatness）是板形的兩項指標(biāo)，雖然斷面形狀與平直度是兩項獨立指標(biāo)，但相互之間存在著密切關(guān)系。實際上，只要控制帶鋼凸度（crown）并使其維持/（、分別是出口和入口帶鋼凸度，為延伸率），就能達(dá)到控制帶鋼板形良好的目的。所以談到板形的控制，實質(zhì)上就是控制帶鋼板凸度的問題?，F(xiàn)代板帶軋機(jī)的板形自動控制系統(tǒng)的定義有廣義和狹義兩種。廣義的板形自動控制包括了過程自

13、動化級和基礎(chǔ)自動化級的二級自動控制，而狹義的板形自動控制只是存在于基礎(chǔ)自動化級的板形閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，也稱AFC（automatic flatness control，AFC）或ASC（automatic shape control，ASC）。下面對板形的定量表示方法、凸度與平坦度的關(guān)系、板形控制系統(tǒng)組成、板形控制基本原理等內(nèi)容分別進(jìn)行介紹。9.3.1板形的定量表示方法衡量鋼板形狀的優(yōu)劣分兩個方面：（1）與沿鋼板寬方向的厚度分布有關(guān)的斷面形狀。圖9-25 入口和出口斷面形狀了解（約5分鐘）（約515分鐘內(nèi) 蒙 古 科 技 大 學(xué) 教 案（2）與鋼板長度方向的平坦度有關(guān)的板形。長度方向的板形是指

14、鋼板或帶鋼出現(xiàn)浪形、瓢曲、上凸和下凹等缺陷，使板帶鋼失去平直性。如果兩邊部的延伸大于中部，則產(chǎn)生邊浪；相反，則產(chǎn)生中浪；如果延伸不規(guī)則，則產(chǎn)生瓢曲。此外還可能產(chǎn)生局部上凸和下凹。對大多數(shù)對稱的浪形和瓢曲，可通過調(diào)節(jié)輥型來加以控制。為對板帶鋼的板形實現(xiàn)檢測和控制，首要問題是對各種類型和各種程度的板形缺陷用數(shù)字形式表達(dá)出來。最常用的有波形法、松弛系數(shù)法、張力差法、板形參數(shù)法、殘余應(yīng)力法五種，這里僅介紹其中兩種：（1）波形表示法。圖9-26 帶鋼板形的波形表示法（2）殘余應(yīng)力表示法。寬度方向上分成許多縱向小條只是一種假設(shè)，實際上帶鋼是一整體，也就是“小條變形是要受左右小條限制的”，因此當(dāng)某“小”條延

15、伸較大時，受到左右小條影響，將產(chǎn)生壓應(yīng)力，而左右小條將產(chǎn)生張應(yīng)力。這些壓應(yīng)力或張應(yīng)力稱為內(nèi)應(yīng)力，帶鋼塑性加工后的內(nèi)應(yīng)力稱為殘余應(yīng)力。9.3.2 板形良好的條件及其控制策略可以推得在原料板形良好的情況下，保證帶鋼軋后平直的條件為： 或 (9-19)由圖9-27可知熱連軋的橫向及縱向流動區(qū)間存在三個區(qū)段：圖9-27 帶鋼軋制時橫向及縱向流動區(qū)間39,41（約510分鐘）（約5分鐘）（約515分鐘重點內(nèi) 蒙 古 科 技 大 學(xué) 教 案（1）軋件厚度小于6mm左右時不存在橫向流動，因此應(yīng)嚴(yán)格遵守相對凸度恒定條件以保持良好平直度。（2）612mm為過渡區(qū)，橫向流動由0%變到100%。此處100% 僅意味

16、著板帶有可能完全自由地寬展。（3）12mm以上厚度時，相對凸度的改變受到限制較小，即不會因為適量的相對凸度改變而破壞平直度。因此將會允許板帶的縱向各“小條”有一定的不均勻延伸而不會產(chǎn)生翹曲。為此Shohet等曾進(jìn)行許多試驗，并由此得出圖9-28所示的Shohet和Townsend臨界曲線，此曲線的橫坐標(biāo)為b/h，縱坐標(biāo)則為變形區(qū)出口和入口處的相對凸度差CRCR= (9-20)式中 、出口和入口帶鋼的凸度；h 、H出口和入口帶鋼的平均厚度。圖9-28 Shohet和Townsend的CR允許變化范圍曲線39,41此曲線的公式為 (9-21)上部曲線是產(chǎn)生邊浪的臨界線，當(dāng)CR處在曲線的上部時將產(chǎn)生

17、邊浪；下部曲線為產(chǎn)生中浪的臨界線。圖9-28所示的曲線限制了每個道次所允許的相對凸度改變量，超過此量將產(chǎn)生翹曲，破壞平坦度。例如當(dāng)帶寬為1500mm時，對6mm帶鋼、寬厚比為250，所允許的正負(fù)相對凸度改變量分別為CR0.4，CR0.2，而對12mm帶鋼、寬厚比為125，此時則允許CR1，CR0.5。對帶鋼熱連軋機(jī)來說，612mm以及12mm以上的厚度正屬于F1F3軋制厚度的范圍，因此對帶鋼凸度的糾正可以在F1F3進(jìn)行。此時由于在F1F3處存在一個允許調(diào)節(jié)凸度的喇叭口，粗軋來料的凸度(相對凸度)可在精軋前三架得以校正而不會破壞帶鋼的平坦度。（約510分鐘）（約515分鐘）重點（約515分鐘內(nèi)

18、蒙 古 科 技 大 學(xué) 教 案從凸度及平坦度出發(fā)，可將精軋機(jī)組分為凸度調(diào)節(jié)、平坦度保持、平坦度控制三個區(qū)段。對七機(jī)架連軋來說，一般F1F3為凸度調(diào)節(jié)區(qū)段，F(xiàn)4F6為平坦度保持區(qū)段，（F6）F7為平坦度控制區(qū)段。9.3.3 板形控制系統(tǒng)組成板形檢測板形的計算機(jī)控制板形控制手段板形控制系統(tǒng)的控制方式簡介9.3.4 板形控制基本原理因此為了保證帶鋼板形良好，軋輥的有載輥縫形狀必須滿足下式要求： (9-24)圖9-31 四輥鋼板軋機(jī)的受力和變形40對值的相關(guān)公式進(jìn)行聯(lián)立，可求出值來，求解所用的參數(shù)如FWb、fWb、F1b、fBb、q、q 等都與值互為影響，這就增加了帶鋼板形和凸度的計算復(fù)雜性，詳細(xì)求解過程請參閱相關(guān)文獻(xiàn)。了解（約15分鐘）重點（約515分鐘）內(nèi) 蒙 古 科 技 大 學(xué) 教 案圖9-33 帶鋼良好板形線簇40眾所周知，軋制壓力波動對帶鋼板形的影響不是太敏感的，帶鋼愈厚，影響愈為遲鈍。其原因是帶鋼是一個整體，只要帶鋼寬度上各點的不均勻縱向延伸產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力不超過一定限度，帶鋼就不會失去它維持自身平直的穩(wěn)定狀態(tài)，