冷轧板形

冷轧板形（通用6篇）

冷轧板形 篇1

引言

随着市场对高品质带材的需求的日益增长,良好的板形成为带材质量的基本要求,同时也成为加工厂家追求的目标。单纯凭借生产工人的经验无法达到高质量的板形。因此板形的检测和控制技术就更广泛地应用到生产当中。

1 板形的概念

板带的板形是指板带材横向断面厚度分布的均匀度和板带表面的平直度,也就是说,板形是指轧制后带材中因变形分布不均所造成的形状缺陷。从原理上讲,平直度由轧机辊缝决定,如果带材在沿整个宽度方向的压下量完全均匀,那么带材将是平直的,但是来料的厚度波动、带材温度变化、轧辊磨损等等大量的变化因素使均匀压下这一理想状态在实践中难以实现,这就出现了各种板形缺陷,板形质量反映出了轧制板带内部残余应力的分布状态。

根据内应力的分布规律和带材翘曲的对应关系,将板形缺陷分为不同类型:侧弯、中波、边波及其组合等。

2 板形检测方法及板形仪分类

由于实际生产的迫切需要和板带材板形改善所能带来的巨大经济效益,几乎所有能反映板形质量的物理量都被尝试用于板形检测方法的研究,从而形成一系列板形检测方法,如:测张法、测距法、电磁法、测振法、光学法、测厚法、测温法、水柱法等,其目标是寻求结构简单、投资少、制作周期短、检测精度满足生产要求的检测方法。目前国内、外已经成熟并投入使用的板形检测仪按其与带钢的接触关系可划分为接触式和非接触式两大类。

3 接触式板形检测方法与板形检测仪

3.1 接触式饭形仪检测方法

接触式板形仪采用的辊式测张法,带材直接与检测辊接触,利用布置在检测辊中的压力传感器测定带钢横向各点的张应力分布,从而确定带材的板形。其理论基础是:当带材的各部分都处在外张应力作用下时,此时带材的板形指数可表示为:

式中:ΔL—相邻点带材间的延伸差;L—带材的参考长度义Δσ—沿带材横向各点张应力的变化;E—带材纵向弹性模量。

即带材沿宽度方向上各点的纵向张应力变化和相对延伸率成正比,故利用应力计测得值的横向分布,即可预测板带的板形。

3.2 测张法的检测辊结构及原理

目前板带材轧制在线板形检测及控制主要有以下几种形式:压磁式,代表产品为ABB公司的Stressmeter辊;空气轴承式,代表产品为DAVY公司的vidimon辊;分段凹坑辊式板形辊,以SUNDWIG公司产品为代表;压电式,代表产品为德国钢铁研究所的BFI辊。

3.2.1

ABB板形测量辊是一实心轴,上面按一定角度分布多组压力传感器,每组由4个直角排列的传感器组成,每转动一周,每组便提供带材应力分布的4个测量结果,将各组的测量结果统一分析,即可得到一组沿带材宽度方向分布的带材张应力曲线,亦即板形曲线。

测量辊分25个检测段,每段宽52mcn,每段内沿圆周均匀分布4个压力传感器(压磁式),测量辊每转动一周,4个压力传感器各受压一次,输出端有4次波动。波的峰值反映了受力的大小,波的宽度代表传感器受力时间的长短。

3.2.2 空气轴承式检测辊

DAVY公司的空气轴承式Vidimong辊主要由充气室、压力信号管、心轴、压感端口、空气喷射、转子、止推轴承等组成。在张力承受面(转动环)的下面,每个环内都安放空气喷嘴和压力变换器,在每个环的周围有高压喷嘴,并在高低相差180°的位置安放两个压力变换器,经过净化的310kPa以上的压缩空气(工作状态)经管道从芯轴的空腔引入,使转子与芯轴之间形成空气轴承。在无负载情况下,空气轴承的上部和下部气隙处的压力差较小,就是支撑转子的重量。当转子受载时(带张力的带材与转子接触),作用在转子上的径向力,可以通过芯轴的上、下两个空气压力传感口处的空气压力差来确定。通过风管将空气压力的压差信号传送到压力传感器箱内的空气压力传感器,压力传感器的输出信号为直流电压信号(模拟量),这个mV级的电压信号被传送到传感器数据集中器(SDC),最后将压力传感器的输出信号以可传输的方式送给AFC控制系统。

空气轴承式板形仪,滚环惯性小,环与轴之间无摩擦,包角小(2～5°),故不易擦伤带材表面,所以特别适合箔材与精密带材的板形检测。但其需要清洁的压缩空气,对环境要求较高。

3.2.3 凹坑辊式板形仪

SUNDWIG公司的分段凹坑辊式板形仪的结构组成及原理见图1。

如图1所示:在实心辊体上刻有按一定规律分布的圆形的凹槽,每个圆形的凹槽内安装一个压力传感器,这个压力传感器支撑一个圆形帽状托,该圆形帽状托将带材上的张力传给压力传感器。

4 非接触及间接接触式的检测方法及板形仪

非接触及间接接触式板形仪是指在传感器与带材不接触的条件下检测出带材板形。其采用的检测方法主要有:电磁法、光学法、测振法、测挠度法及弹性辊变位测距法等,应用最为广泛的是测振法。

4.1 测振法板形检测系统的结构及原理

在给带钢施加张力后,带钢表面看起来是平直的,但带钢在高速运动中,受到轧机冷却液及空气介质等施加的影响,不断的发生弹性振动,安装在板带下面的传感器通过测量带钢的振幅可以算出带钢的翘曲度。以西门子非接触式板形仪为代表,西门子非接触式板形仪的结构和实物如图2所示。

5 接触式、非接触式板形仪的优缺点

5.1 接触式板形仪的优点

5.1.1 信号检测直接,信号处理比较容易保真;

5.1.2 测量精度高,现在已经达到±0.5I单位(实际产品检测精度有±3I就可以满足高标准要求了)。

5.2 接触式的缺点

5.2.1 造价高、配件昂贵,每套售价为非接触式的3～5倍以上;

5.2.2 辊面磨损后必须重新打磨,否则会划伤板面,重磨后须进行技术要求很高的重新标定。

5.3 非接触式的优点

5.3.1 硬件结构相对简单而易于维护,因而其造价及配件要便宜的多;

5.3.2 传感器为非传动件,安装方便;

5.3.3 因为传感器不和板面接触而避免了划伤板面的可能。

5.4 非接触式的缺点

5.4.1 板形信号为非直接信号,处理精度为±1.0到2.5.I单位左右;

5.4.2 信号处理技术要求高,难度大,增加了软件编写、调试费用。

结语

板形控制系统的正确选型直接影响着轧制产品的质量、效益,用户应根据本身实际情况,选择最适合的板形检测、控制系统。

摘要：介绍了目前国内外冷轧板形检测技术分类、原理、代表产品，并比较了各种技术的优缺点，便于板形仪选型。

关键词：横向厚差,板形检测,接触式板形仪,非接触式板形仪,冷轧

冷轧板形 篇2

板形是板带材的重要指标, 包括板带的平直度、板凸度、边部减薄等[1]。随着市场对高品质板带材需求的日益增长, 良好的板形成为板带材质量的基本要求, 同时也成为加工厂家追求的目标[2]。为了轧制出板形良好的薄带钢, 在现代冷轧生产中普遍采用了先进的板形自动控制技术和板形自动控制系统[3,4,5]。在调节板形的执行机构中, 弯辊和轧辊倾斜分别用于控制简单的对称板形缺陷和单边浪板形缺陷, 但对于高次板形缺陷或残余板形误差控制效果不佳。为此, 工艺上通过对工作辊长度方向上不同位置的冷却状态进行控制, 即对工作辊的乳化液进行分段冷却控制, 改变工作辊局部的辊缝形状, 从而达到控制带钢宽度方向上不同位置的复合浪形缺陷 ( 即高次板形缺陷) 和残余板形误差的目的。因此, 乳化液分段冷却控制是板形反馈控制系统的关键功能。2013 年, 我们在某冷轧生产线的板形反馈控制中采用模糊控制算法对乳化液进行分段冷却, 取得了良好的板形控制效果。

1乳化液分段冷却控制功能结构

乳化液分段冷却控制功能结构如图1 所示, 基本原理就是在稳定轧制条件下, 首先对板形测量辊所测的实际板形数据进行补偿、平滑和滤波等处理, 再与设定板形相比较, 然后将两者的偏差处理成绝对板形偏差、在时间上波动的板形偏差和在空间上波动的板形偏差三部分, 最后通过模糊控制算法计算获得良好板形时所需的工作辊不同部位乳化液分段冷却的控制状态, 使得控制系统能对带钢的板形进行连续、动态和实时的闭环控制, 从而保证带钢获得良好的板形质量[6,7]。

我们以图1 所示的功能结构为基础, 进行了模糊控制算法的软件开发, 其结构如图2 所示。

2板形信号处理

2 . 1轧辊及带钢分段处理

本冷轧项目中的板形测量辊采用接触式测量方法测量板形, 在其长度方向上按52 mm的间距分布了33 个板形传感器, 形成33 个测量段。根据板形测量辊的测量方法, 在控制算法中按照同样的处理方式, 对带钢进行分段处理, 如图3所示。

同理, 以同样的方式对轧辊进行长度方向的分段, 每一段对应一个乳化液分段冷却的喷嘴。由于轧机工作辊长度方向和带钢宽度方向的分段方式与板形测量辊传感器的分布方式相同, 因此就可根据板形测量辊不同测量段的实测板形数据, 对轧机工作辊相应位置的冷却状态进行控制, 从而达到精确控制板形的目的。

2 . 2实际板形数据处理

实际板形数据处理包括带钢边部测量段补偿、平滑处理和滤波处理。

如图2 所示, 由于带钢边部对板形辊测量段的覆盖率不可能正好为100% ( 即不可能正好d = Δx) , 导致带钢边部板形的测量值失真, 所以需要应用补偿公式对带钢边部板形测量值进行补偿计算[8]。补偿算法如下:

式中, ai为经过补偿处理后的边部板形数据, i为测量段号, 这里i=nmin或nmax;a'i, a″i分别为最边部测量段和次边部测量段的板形数据;α为补偿系数, α=d/Δx。

另外, 在对乳化液进行分段冷却闭环控制时, 为了减小板形信号的测量误差, 避免出现过大的板形值变化, 同时为了去除各种噪声和干扰信号的影响, 需要对板形测量值进行平滑和滤波处理。平滑处理算法如下:

式中, b = [b1, b2, …, bN], 为经过平滑处理后的板形测量值向量; a =[a1, a2, …, aN], 为原始板形测量值向量; N为总的板形测量段数量, 本项目中为33。

板形滤波处理算法如下:

式中, c (n) 为本周期经过滤波处理后的板形测量值向量;c (n-1) 为上一周期经过滤波处理后得到的板形测量值向量;b (n) 为本周期经过平滑处理后的板形测量值向量;β为滤波系数, β=T/Tc, 其中, T为反馈控制系统的控制周期, Tc为滤波时间常数。

3板形偏差处理

为了有针对性地消除复杂的板形问题, 我们将前面经过处理的板形数据的偏差分为绝对板形偏差、在时间上波动的板形偏差和在空间上波动的板形偏差三部分, 计算公式如下:

其中, A'i= ci- pi ( 7) 上述式中, Ai为k采样时刻第i个测量段上的绝对板形偏差; Bi为板形偏差在每两个执行周期间的变化值, 即时间上波动的板形偏差; Ci为板形偏差在一个执行周期内空间上的波动, 即相邻3个测量段上的板形偏差波动值; Δεi ( k) , Δεi ( k -1 ) 分别为第i个测量段在k和k - 1 采样时刻的绝对板形偏差; Δεi + 1 ( k) , Δεi - 1 ( k) 分别为第i +1 和第i - 1 个测量段在k采样时刻的绝对板形偏差; ci, pi分别为第i个测量段在k采样时刻的实测板形值和目标板形值。

绝对板形偏差反映了带钢板形目标值和实际值的偏差, 如果偏差值为正, 说明该区域长度方向上的延伸率比目标设定的大, 需要喷射乳化液对轧辊进行冷却以限制轧辊膨胀, 从而减小带钢板形偏差。在时间上波动的板形偏差反映了板形的变化趋势, 如果板形偏差变化较大, 就需要喷射乳化液对板形进行修正。在空间上波动的板形偏差反映了该测量段附近位置的板形变化趋势, 即板形缺陷在带钢宽度方向上的复杂程度, 如果此值波动大说明存在局部板形缺陷, 此时则需要打开对应段的乳化液喷嘴进行该段的轧辊冷却[9]。

模糊控制算法的作用就是综合考虑这三种板形偏差, 计算出一个反映板形缺陷严重程度的隶属度值, 并根据这个隶属度值的大小来确定乳化液分段冷却喷嘴的控制状态[4,9]。

4模糊控制算法设计

我们通过对板形偏差进行模糊化、模糊推理和解模糊化计算后, 最终得出乳化液冷却喷嘴控制状态。

4 . 1模糊化

我们根据相关板形控制指标的大小, 对板形偏差进行模糊化处理, 定义了如表1 所示的模糊控制论域, 并采用三角形隶属度函数法计算板形偏差A, B, C的隶属度。表1 中, 论域值为平直度值, 取值- 20 ~ 20 IU, 表示属于各模糊集的边界值的大小, 具体取值需要根据现场实际情况修改和确定。

4 . 2模糊推理

我们根据C的不同定义了不同的模糊推理规则, 如表2 ~ 4所示, 并采用Mamdani推理法进行模糊推理, 模糊推理的结果为针对第i个板形测量段的不同模糊等级的隶属度: NBi, NSi, ZOi, PSi和PBi[4], 该隶属度反映了对板形状态的综合评价, 其含义分别为负大、负小、零、正小、正大。表2 ~ 4 中, FCF ( l, j) , FCS ( l, j) , FCB ( l, j) 为推理规则取值矩阵 ( l, j取值0, 1, …, 4) , 矩阵中元素的取值范围为 ( NB, NS, ZO, PS, PB) 。

4 . 3解模糊化

对第i个板形测量段的不同模糊等级的隶属度进行解模糊化计算, 解模糊化采用重心法, 算法如下:

其中, λi=ρNB×NBi+ρNS×NSi+ρZO×ZOi+ρPS×PSi+ρPB×PBi (9)

上述式中, mi ( i = 1, 2, …, N) 为解模糊化计算结果, 反映了板形偏差的大小; ρNB, ρNS, ρZO, ρPS, ρPB分别为通过人工设定的加权系数。

4 . 4确定乳化液喷嘴状态

解模糊化结果mi数值越大表明板形偏差越大, 板形缺陷越严重, 需要打开此测量段对应的乳化液冷却喷嘴来降低轧辊热凸度, 从而改善板形。为了对明显的板形缺陷进行改善, 对mi进行降序排序, 取前M个较大的mi值, 将其对应的测量段乳化液喷嘴状态设定为打开, M可通过人工设定。其他测量段由于mi值较小, 可以认为板形缺陷不严重, 因此其对应的乳化液喷嘴可以关闭。

通过以上步骤即可得出某一时段乳化液冷却喷嘴的控制状态, 从而有效减小高次板形缺陷或残余板形误差。

5模糊控制算法结果分析

图4 为现场模糊控制算法某时间段计算出的三种板形偏差。带钢宽度为1 200 mm, 横坐标为板形测量辊的有效检测段, 从5 ~ 27 的测量段号中共有23 个测量段。

通过模糊控制算法对以上三类板形偏差数据进行计算, 并将解模糊化结果从大到小进行排序, 其对应的测量段号排序为: 10, 26, 22, 6, 9, 25 , 19 , 24 , 11 , …。将前9 个位置的乳化液冷却喷嘴状态设为打开 ( 打开数量可根据实际情况设定) 。其中, 6, 9, 10, 22, 24, 25, 26 测量段的绝对板形偏差为正且较大, 经模糊控制算法计算后, 将这几段的冷却喷嘴状态设为打开; 11, 19 两个测量段虽然比第7, 23 两个测量段的绝对板形偏差小, 但是由于其在时间上波动的偏差和在空间上波动的偏差较大, 所以经模糊推理和计算后, 解模糊化计算结果较大, 乳化液冷却喷嘴状态设为打开。

6结束语

采用模糊控制算法的乳化液分段冷却控制系统鲁棒性强, 适用于非线性和滞后系统的控制。算法考虑了板形在空间和时间上的变化, 具有一定的板形预测功能, 能够更好地控制高次板形缺陷或残余板形误差。该控制方法在现场应用效果良好。

参考文献

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[8]王鹏飞, 张殿华, 刘佳伟, 等.冷轧板形测量值计算模型的研究与应用[J].机械工程学报, 2011, 47 (4) :58-65.

冷轧板形 篇3

1 CVC四辊冷轧机的工作原理及模型分析

CVC四辊冷轧机常见的板形控制方式主要有:调整下压力和下压角度、调整工作辊的弯辊力以及调整这个冷却喷射系统的喷射液的喷出角度和剂量。针对板件横截面为对称分布的情况, 板件形状控制中的边浪、中浪控制, 可以通过调整工作辊的弯辊力的变化量Δf来调整;对于板件横截面为非对称分布的情况, 板件形状控制中的边浪、单侧浪控制, 可以通过改变轧辊的倾斜量来进行调整;对于板件横截面为复杂非对称分布的情况, 可以通过改变冷却液喷射量的改变量Δq来调整局部的波浪和瓢曲;轧机运行过程中影响板形控制的主要因素有:轧制力、板宽、来料厚度、成品厚度、工作辊直径、来料凸度、轧辊原始凸度、轧辊热凸度等, 通过软件仿真模拟辊系的变形量, 建立一个弯辊力与有载辊缝凸度的关系式:

AH、Ah、ACH、ADM分别为考虑来料厚度、成品厚度、来料凸度和工作辊直径的影响;可变参数CB的量纲为kN/mm;CA、AFW是受到板件宽度和轧制力综合影响的变量, 单位为mm;四个轧辊的原始凸度CWw以及四个轧辊的热凸度CWT主要通过实验结果和工艺条件来综合确定;CWg为有载辊缝凸度;F为相应的工作辊弯辊力。

CVC四辊轧机主要采用的多为简化的三次型模拟曲线, 带状铝材咬入辊缝之中后, 弯辊的轴向位置的实际值WH以及带载荷弯辊辊缝的凸度变化值ΔCWg之间的关系式为:

F0、Q是与辊型有关的常数, QFW是考虑轧制力、弯辊力及板宽的综合影响因素。

a1、a2、a3、a4、a5、a6为预设常数, Qw为轧机的预设定轧制力;w为板件宽度;F为当前预设定弯辊力值。

在实际的板件生产中, 铝带的凸度值为铝带的期望厚度值, 称之为目标凸度值EXP, 也就是有载辊缝的目标凸度值, 在给定的弯辊力值F下, 作用相应的初始有载辊缝凸度值CWg, 在达到目标凸度值之后, 工作状态下的弯辊在轴向需要移动预定的距离, 到达指定位置EXD时, 产生有载辊缝凸度改变量ΔCWg, ΔCWg=CWg-EXD, 对EXD的要求如下:EXD在板件形状规定的凸度值许用范围之内;要符合保证板形良好的凸度相似准则;因此, 对于实际的铝带生产来说目标凸度值的设定按照如下规则:

2 自适应的在线修正板形控制策略

自适应控制策略是继经典控制理论之后, 现代控制理论的最新发展, 它的主要技术特点为:系统可以根据预先集成的控制策略进行智能修正、智能调整, 可以适应不同的工作环境。工业生产中常见的自适应算法主要为—指数平滑法, 它具有操作简单、工作效率高的特点, 通常来说, 这是一种单一参数的控制算法, 针对实际工业生产中对状态方程的影响的不可测条件较少、不可测条件集中出现的情况, 可以用一个含有可变参数的系统来代替描述。实际的轧制过程中存在着许多时变参数情况, 如轧辊磨损、轧辊热凸度、同牌号材料的变形抗力的波动以及目前还没有条件实现在线连续测量的来料凸度的波动等。模型以可变参数描述可以反映这些因素的变化:

FB、FC分别为两个模型的自适应变化系数, 又称之为可调参数;PREB、PREC为经过自适应后的弯辊力和CVC辊位置值。由于单一参数很难对轧制过程中的复杂变化过程进行精确的描述, 可以尝试将两个模型的自适应变化系数进行变量化, 把它看作轧件规格 (材质为STMK, 板宽为W, 来料厚度为H0, 成品厚度为H5) 和支承辊服役时间CT (反映支承辊磨损、工作辊的磨损) 的综合函数, 综合函数的方程式为:

此时的FB、FC为中间状态参数, 在FB、FC采用离散函数点表示具体参数的函数值。

3 基于模糊控制的板形控制策略分析

以CVC四辊冷轧机为分析对象, 可以大致说明模糊逻辑理论在轧制过程中的主要应用。传统的PID控制的解决对象主要为灰箱问题, 而CVC四辊冷轧机主要是针对有铝材料板件的轧制, 系统的液压弯辊和冷却液喷射模块通常可以看作是一个黑箱问题, 液压弯辊系统与轧辊分段冷却系统是一个典型的非线性系统, 从参数的变化特性上来看, 这是一个典型的参数时变的控制系统, 因此很难用数学模型进行精确描述。模糊控制技术在解决黑箱系统的响应求解时具有较好的适应性, 它对于系统的过程参数的变化不敏感, 因此, 控制系统将具有较好的整体鲁棒性, 可以一定程度上消除非线性参数对系统求解的影响。

对于弯辊的控制策略, 主要技术内容如下:选取铝带的横截面板形对称部分的板形变形参数W1、W2为输入量, 工作辊弯辊力的变化量ΔF为输出量, 对两个变形参数和工作辊弯辊力的变化量进行模糊语言描述, 将它们的定义域具体分为七个级别;对于冷却液的控制策略, 取铝带横断面板形非对称部分的板形变形参数W3、W4为输入量, 取冷却液流量的变化量Δq为输出量, 也对冷却液铝带横断面板形非对称部分的板形变形参数和冷却液流量的变化量进行相应的模糊语言描述, 定义域分为七个级别。模糊语言的取值介于0-1之间, “0”表示该种状态完全不属于预定的状态, “1”表示该种状态完全属于预定的状态, 通过隶属度函数可以详细的确定不同状态下的模糊隶属度的取值。

4 基于板形预测控制的策略分析

预测控制在工业系统中已经得到了应用验证, 并且表现出了较好的适应能力。这种控制方法对于模型构造精度不高且需要实现高质量控制的情况同样适用。通过采用具有状态监测器的动态矩阵控制算法, 可以实现较好的板形控制效果。传统的PID控制对于参数时变尤其是非线性时变的控制能力较差, 因此, 针对这一点, 开发出具有自适应和自我学习能力的新型控制策略尤为重要, 动态矩阵控制作为具有约束性质的预测控制算法, 不仅具有传统的现代控制理论中优化处理能力, 也能通过在线滚动优化取代传统的最优控制, 在实际的优化过程中通过系统的实测参数信息进行快速的反馈校正, 在一定的程度上可以克服非线性参数变化带来的动荡影响。在保障了系统整体鲁棒性的前提下, 大幅度的提高了控制系统的智能化, 更适合在高精度要求的CVC四辊冷轧机板形控制中的板形预测中得到应用。

5 总结

本文讨论了CVC四辊冷轧机板形控制的相关情况, 分析了CVC四辊冷轧机板形控制的模型建立过程, 着重分析了在CVC四辊冷轧机板形控制中引入自适应的在线修正板形控制策略、基于模糊控制的板形控制策略和基于板形预测控制的策略, 针对每一种控制策略, 从控制理论到具体控制系统的实现进行了简要分析, 为进一步提高CVC四辊冷轧机板形控制的整体效果提供了研究思路。

摘要：四辊宽带冷轧机在轧制过程中板材的轧制质量, 即影响板材形状的因素众多, 且多为非线性影响因素, 因此, 很难针对具体的CVC四辊冷轧机板形轧制过程建立精确的数学分析模型;目前在线使用的PID控制算法难以满足板带轧制机的板形控制的精度要求。在控制环节中, 加入模型预测控制理论 (MPC) , 设计预测控制器, 采用滚动优化和反馈校正的控制策略, 建立一个具有自适应学习功能的板形控制功能模块。

关键词：CVC四辊冷轧机,板形控制策略,模型预测控制

参考文献

[1]张清东, CVC四辊冷轧机板形预设定控制研究[J], 钢铁, 1997 (12)

冷轧板形 篇4

“板形”是指带钢内部残余应力的分布程度;表观上看,是指带钢产品有明显的浪形与瓢曲等板形缺陷存在。主要板形缺陷包括单边波、中浪、双边波、1/4浪等。为了提高冷轧薄板的板形平直度即获得良好的产品质量,莱钢冷轧六辊可逆冷轧机引进了ABB公司生产的自动检测和闭环控制系统,在实际生产过程中取得了一定的效果。

1 系统硬件配置

1.1 板形辊

ABB公司的板形辊为压磁式应力测量辊(如图1所示),根据产品的最大宽度来设计测量辊测量区的数量,每个测量区的宽度为52mm。莱钢冷轧厂六辊轧机轧制带钢宽度最宽为1450mm,所以测量区设计为27个,每个测量区有4个力测量传感器,沿测量辊圆周方向成90°,安装在4个内芯轴向槽沟内,外面再套上钢环套,这样测量辊每转动一次可测量4次带钢应力值。测量辊操作侧是信号传输单元(STU),STU通过碳刷将传感器所需的励磁信号引入,将压力信号引出。测量辊内部有空隙,通过STU引入一路加湿空气和一路冷却空气为传感器提供良好的工作环境。该测量辊安装在机架与机后卷取机之间,代替轧机出口端传统的出口转向辊。

1.2 板形控制单元

系统包括板形辊(测量辊)、STU、控制柜、冷却控制系统、主操作台监控机、辅助系统(空气加湿器)等。板形辊安装在轧机左卷取侧,通过感应钢带的压力,测算出板形。信号传输单元安装在板形辊操作侧,控制柜内装有励磁单元、STU、平整计算机(FC)、工程师工作站(ES)、WAGO模块、局域网交换机等,是系统的信息中枢。冷却控制系统包括冷却柜、调节阀组和乳液喷射机构等,冷却柜位于机上平台,调节阀组位于地下。板形仪的控制系统应用软件通过一种独特的平整服务器架构来实现,系统中的各个部分及其连接都通过架构描述语言被定义为FSA对象。FSA-Broker是一个动态配置和管理工具,通过它可以实现FSA对象的管理。该部分既提供板形控制功能,也给操作及控制人员提供一个友好的操作界面。

1.3 板形计算

ABB板形计算的原理如图2所示。

图中,(1)为板型辊的压力传感器;(2)为板形辊的测量压力F=[F1F2……Fn];(3)为板形的测量值Δσ=[Δσ1Δσ2……Δσn];(4)为线性补偿,f(x)=t0x+t1x+t2x2+t3x3+……;(5)为偏差补偿;(6)为板形计算公式:

式中,Fi为每个测量区域的径向力;,为有效测量区域的压力和;T为带材张力;w为带材宽度;t为带材厚度。

2 板形仪的控制方式

2.1 液压弯辊控制

莱钢单机架冷轧机的弯辊技术分为工作辊液压弯辊和中间辊液压弯辊,工作辊液压弯辊有液压正弯和液压负弯,弯辊力为-360～720kN;中间辊只有液压正弯,弯辊力为0～360kN。在轧辊凸度不足或磨损情况下可以采用正弯,增大轧辊凸度,防止带钢边浪,而负弯可以减少轧辊有效凸度,防止带钢中间浪。

2.2 液压缸的倾斜控制

板形仪通过控制传动侧或操作侧液压缸的单侧摆动来调节带钢单边的压下量,以消除带钢的楔形板形。在系统软件中,还应对与带钢规格和材质有关的适应系数作调整,以消除带钢的楔形板形。

2.3 轧辊分段冷却控制

分段冷却控制技术就是通过调整冷却液的分段流量,改变轧辊的局部热膨胀变形,是轧制薄带材最有效的板形控制手段。精细冷却控制通过调节喷射梁各段喷嘴的乳化液流量,达到调节辊缝、修正板形的目的。它一般用来消除弯辊和倾斜功能不能解决的残余板形偏差,主要为高次复合浪和不规则浪。在实际轧制过程中,很少出现典型的带钢横断面不对称或楔形状的板形,表现出来的板形偏差大部分需要由冷却系统来修正。

3 目标曲线的应用

板形目标曲线即板形控制系统调节带钢板形要达到的目标。在板形闭环控制系统中,制定板形目标曲线是一项十分重要的工作,在轧制过程中,利用不同的板形标准曲线就可以满足对带材板形的不同要求。

3.1 板形标准曲线的作用

(1)补偿板形的测量误差。板形测量辊在进行带材张应力横向分布检测时,机械系统的误差:如卷取机与测量辊轴线不平行、测量辊挠曲变形等,会引起板形测量方面的误差。

(2)补偿在线板形离线后发生的变化。生产实践表明,在线板形与离线实际板形之间总有一定的差别,本来轧制时认为好的板形,卸卷、冷却、开卷后又变坏了。引起这种变化的主要因素:轧后带材温度横向分布不均匀、带卷外廓的形状等。为了消除这些因素对带材板形的不良影响,必须在带材轧制时有意将带材板形控制得不好,这样的带材最终实际的板形才可能是良好的。

(3)板凸度控制。当来料和其它条件一定时,一定形式的板形标准曲线是衡量最终产品质量的重要指标。张力不同分布的板形标准曲线对应着不同的轧后带材断面形状,因此根据来料凸度的大小,采用相应的板形标准曲线进行轧制,不仅实现了带材平直度控制,而且也实现了板凸度控制。一般而言,在轧制的前一两道次进行板凸度控制比较有效,因为这时带材比较厚,不易出现轧后屈曲变形,而且此时带材在辊缝中相对流动也相对明显。

3.2 选取板形标准曲线的原则

(1)在开始道次时,采用何种标准曲线进行轧制对成品板凸度有一定的影响,而对最终产品的板形好坏影响不大。开始道次主要是为了充分利用带材在变形区中横向流动较明显及带材脚后不易产生波浪的特性尽快减小板凸度,使之尽快达到成品所要求的精度范围。

(2)在中间道次轧制时,一般地说,只要保证带材比例凸度相等就可以了。也可以在中间道次采取逐渐降低板凸度的方案,即逐道次降低板形标准曲线的张应力偏差值。同时在中间道次应注意不要造成较大的板形缺陷,特别是在成品道次之前,要保证有尽可能好的板形状况。因此在中间道次轧制时,应综合板凸度和板形两方面的要求,对板形标准曲线进行选择。

(3)成品道次是板形控制的关键,因此,板形标准曲线的选择应主要考虑补偿在线板形离线后发生的变化,使最终板形变得良好,同时也要考虑轧制及后步工序对板形的要求。因此,成品道次需要采用一次、二次以及高次等多项函数的组合,并且要跟踪温度和卷径的变化,不断改变标准曲线设定值,以获得沿带材全长最终良好的板形。

4 结语

冷轧板形 篇5

板形是热轧带钢产品质量的重要指标之一。酒钢炉卷轧机装备了液压工作辊弯辊控制 (WRB) 、连续可变凸度控制 (CVC) 和动态工作辊冷却 (DWRC) 等板形控制技术。结合近几年不锈钢的生产实践和试验研究, 在不同钢种、不同宽度等条件和状态下, 通过上述技术单独或综合使用, 可实现控制带钢凸度和楔形、改善产品质量和提高轧机生产效率的目的。

1 酒钢炉卷轧机板形控制技术

1.1 工作辊弯辊技术 (WRB)

炉卷轧机自身带有液压正弯辊装置。其原理就是通过向两个工作辊辊颈对称地施加液压弯辊力, 使轧辊产生人为的附加弯曲来瞬间改变轧辊动态的有效凸度, 从而调整轧件的横向厚度[3]。弯辊液压装置结构简单, 易于操作和维护, 同时弯辊液压缸可起到平衡缸作用。酒钢炉卷轧机采用的是强力正弯, 每个轴承座的最大弯辊力为1800k N。根据在线板形仪检测值的反馈, 可在道次内动态调整弯辊力。因弯辊力变化会使轧机的轧制力也发生变化, 从而影响板带的纵向厚差, 成为厚度自动控制的一个干扰因素, 故需在计算机模型中进行补偿。

1.2 连续可变凸度控制技术 (CVC)

CVC技术是将修磨成特殊辊型的轧辊在道次间轴向移动调节, 以获得所需的辊缝形状, 用以实现钢带凸度、平直度调节和“自由”轧制。当轴向移动距离为±150mm时, CVC辊型全辊身长度凸度控制能力在 (-300μm, 600μm) 之间, 1250mm宽度的带钢凸度最大控制能力为210μm, 与弯辊装置配合使用, 可扩大板形调节范围, 基本能满足板带厚度截面形状和平直度要求。CVC窜辊原理如图1所示, 图1 (a) 为轧辊轴向移动+150mm时, 对应板带最大凸度值的窜辊位置;图1 (b) 为轧辊未发生轴向移动, 对应板带无凸度值时的窜辊位置;图1 (c) 为轧辊轴向移动-150mm时, 对应板带凸度值最小时的窜辊位置。

(a) 窜辊量为+150mm, (b) 窜辊量为0, (c) 窜辊量为-150mm.

酒钢炉卷CVC轧机辊型曲线的设计以标准承载状态为基础。在标准承载状态下, 轧机辊缝曲线是以辊面中心对称的三次曲线, 称为基本曲线。在实际承载状态下, 由于轧辊横向移动, 基本曲线在辊面中心点两侧形成不同的辊径, 一侧比中心点辊径大, 另一侧比中心点辊径小, 所以整个轧辊具有一定锥度。因此在非承载状态下进行轧辊磨削时, 不仅要补偿轧辊在承载状态下的挠曲量, 还应在轧辊基本曲线上叠加一个直线分量进行锥度补偿, 合成的辊型曲线即为图1所示的上下母线。

酒钢炉卷轧机工作辊辊身长度2100mm, 最大辊径720mm。在实际生产过程中, 由于轧辊磨损等条件变化, 在轧制不同宽度尤其是1500mm以上宽幅带钢时, 使用标准CVC辊型, 其板形调节范围经常无法满足板带凸度和平直度要求。通过生产实践和试验研究, 对标准CVC辊型按照方案1和方案2进行改进后又得到两种不同辊型, 可进一步扩大板形调节范围。在不同钢种、不同宽度等条件和不同支撑辊磨损等状态下, 通过选用不同CVC辊型, 可有效提高带钢板形达标率, 延长同一支撑辊使用周期, 提高轧机生产效率。改进前后CVC辊型曲线 (上辊下母线) 对比如图2所示。

1.3 动态工作辊冷却技术 (DWRC)

动态工作辊冷却技术是根据板形状况, 调整沿辊身布置的轧辊冷却装置中冷却剂的流量, 以控制沿辊身长度不同段温度的变化, 从而控制轧辊热膨胀直径的变化。酒钢炉卷轧机轧辊冷却系统由3组集管组成, 可单独开/关阀门和调节流量, 它们分别是基础冷却、附加冷却1和附加冷却2。

基础冷却集管喷头沿辊身长度方向成线性分布, 以恒定的流速供应轧辊冷却水。附加冷却1集管喷头只在辊身中部分布, 对辊身中间冷却, 其流速可调, 可得到一个凹度辊型曲线。附加冷却2集管喷头只在辊身两侧分布, 对辊身两侧冷却, 其流速可调, 可得到一个凸度辊型曲线。酒钢DWRC装置通过控制3组冷却集管流量比例和入/出口流量分布, 可获得工作辊的最佳冷却曲线, 使轧辊热凸度得到合理控制, 从而达到控制板形的目的。

2 板形控制效果

2.1 CVC固定窜辊和动态窜辊效果对比

酒钢炉卷轧机最初轧制不锈钢带钢时, 凸度一直偏小。为了增大凸度, 在计算机模型中对轧辊物化参数 (密度、热膨胀系数、磨损系数、弹性模量等) 进行了修改, 使模型计算的精轧每块钢每道次的CVC窜辊量都达到最大值150mm, 期望成品凸度达到最大值。同时每道次的弯辊力模型设定值是250k N, 由于模型计算时弯辊力在300k N以上才会对板形和凸度有所贡献, 可以认为弯辊力对板形没有作用。实际生产跟踪过程中发现, 每块钢每道次的窜辊量都达到最大值150mm, 每道次的弯辊力都是250k N, 辊役初期轧件的凸度可以达到80μm, 但随着轧制块数的增加, 轧件的凸度越来越小, 到第9块时轧件凸度已变为负值。固定窜辊使轧制过程中轧辊位置固定在同一位置上, 造成轧辊的不均匀磨损, 同时随着轧制里程增加, 轧辊热膨胀越来越大, 到一定阶段就会完全抵消CVC窜辊对轧件凸度的贡献量, 使得辊役后期轧件的凸度出现负值, 无法彻底解决轧制不锈钢过程中凸度偏小的问题。

经过反复实践, 不断对计算机模型中轧辊物化参数进行优化, 同时在轧制过程中适时调整目标凸度, 实现了同一轧制辊役内每个钢卷之间、同一轧件道次与道次之间CVC窜辊量在0~150mm内动态变化。综合应用工作辊弯辊、工作辊冷却和CVC动态窜辊, 使轧件平均凸度提高到30μm以上, 精轧辊役内轧制块数平均增加5块左右, 有效提高了炉卷轧机轧制不锈钢凸度达标率和轧机生产效率。CVC固定窜辊和动态窜辊板形控制效果对比如图3所示。

2.2 不同CVC辊型板形控制效果对比

在一个完整的炉卷轧机工作辊辊役中, 板带厚度截面形状在辊役初期是抛物线状, 随着轧制的进行, 抛物线的凸起部分减小, 在辊役中后期板形中部开始出现凹陷趋势, 随后凹陷趋势越发明显, 辊役末期轧件两边出现尖角, 类似“猫耳朵”状。在线板形显示仪记录的炉卷轧机工作辊辊役初期、中期、末期带钢板形曲线变化如图4所示。

此种现象在宽度为1030mm窄幅轧件上发生程度较轻, 连续轧制10块以上才会在两边出现轻微“猫耳朵”;宽度为1260mm轧件连续轧制7块以上, 板形两边就会出现“猫耳朵”;宽度为1540mm轧件, 在辊役初期其板形曲线的凸起部分很小, 连续轧制4块以上, 板形两边就会出现“猫耳朵”。在实际生产跟踪过程中还发现, 随着轧制辊役的延长, 一旦板形两边出现明显的“猫耳朵”, 带钢就会产生双边浪等浪形问题, 头、尾尤其严重, 出现送钢跑偏等生产故障的几率也会显著增加。

实际生产过程中, 为了减少出现“猫耳朵”板形轧件的数量, 降低轧制风险, 只能根据在线板形显示仪反馈结果, 当板形曲线两边出现明显的“猫耳朵”时, 及时更换炉卷轧机工作辊。此种做法虽然一定程度上减少了出现“猫耳朵”板形轧件的数量, 但缩短了同一套工作辊轧制块数和轧制周期, 增加了换辊次数和轧辊成本, 限制了炉卷轧机生产效率的提高。

针对1260mm、1540mm宽度轧件板形容易出现“猫耳朵”、同一辊役连续轧制块数少的问题, 生产实践中, 按照轧件宽度选用改进后的CVC辊型, 同时配合使用限制CVC窜辊、分道次调整弯辊力等措施, 取得了显著的改善效果。对于1260mm宽度轧件, 使用按照方案1改进后的CVC辊型, 同一辊役连续稳定轧制12块钢坯后, 板形仍未出现明显的“猫耳朵”现象, 辊役平均轧制块数可由11块延长到16块。对于1540mm宽度轧件, 使用按照方案1改进后的CVC辊型, 可保证同一辊役连续稳定轧制7块钢坯后不出现明显的“猫耳朵”现象;使用按照方案2改进后的CVC辊型, 效果更为明显, 可保证同一辊役连续稳定轧制10块钢坯后不出现明显的“猫耳朵”现象, 辊役平均轧制块数也可延长到16块。1540mm宽度轧件使用改进前后CVC辊型板形控制效果对比如图5所示。

2.3 原因分析

经过现场跟踪和数据统计发现, 采用改进前后的CVC辊型, 各宽度规格轧件同一辊役前4块板形一般都不会产生“猫耳朵”现象, 但随着轧制里程的增加, 在线板形仪记录的轧件板形就会逐渐出现中部凹陷、两边升高的趋势, 至辊役末期都会出现不同程度的“猫耳朵”现象。同时对比酒钢炉卷轧机工作辊上下机前后的辊型曲线和测量记录的磨损数值, 可以发现轧机工作辊和带钢接触部分的边部磨损量明显大于中部, 工作辊磨损曲线与辊役末期轧件板形非常吻合。酒钢炉卷轧机工作辊上下机前后的辊型曲线如图6所示。

炉卷轧机在轧制过程中, 边部温度低于中部温度。由于在不锈钢生产过程中, 轧制力较大, 在大轧制力下轧件和炉卷轧机工作辊接触区域边部磨损大于中部, 造成边部磨损大于中部。随着轧制里程的增加, 轧辊不均匀磨损越发严重, 由此就会导致轧件板形中部凹陷, 边部出现尖角, 轧件板形就会产生“猫耳朵”现象。轧制过程中CVC窜辊位置集中、工作辊冷却不均匀等异常问题都会使工作辊不均匀磨损加剧, 也会使轧件板形出现“猫耳朵”的时间前移, 程度加重。

3 结论

1) 酒钢炉卷轧机生产不锈钢过程中, 边部轧制力大于中部, 造成工作辊边部磨损大于中部, 随着轧制里程的增加, 轧辊不均匀磨损越发严重。由此就会导致轧件板形中部凹陷, 边部出现尖角, 产生“猫耳朵”现象;

2) 根据不同钢种、不同宽度等条件, 单独或综合对CVC窜辊方式、CVC辊型、冷却水流量等工艺参数进行优化改进, 同时综合应用工作辊弯辊技术, 有效提高了酒钢不锈钢热轧板形控制能力和生产效率。

摘要：酒钢不锈钢热轧采用四辊可逆式炉卷轧机, 主要有工作辊弯辊技术 (WRB) 、连续可变凸度控制技术 (CVC) 和动态工作辊冷却技术 (DWRC) 等多种板形控制手段。在不锈钢生产实践中, 对CVC窜辊方式、辊型、冷却水流量等进行了优化改进, 通过综合应用上述技术, 有效提高了板形控制能力和轧机生产效率。

关键词：炉卷轧机,板形控制,CVC,凸度

参考文献

[1]张拥军, 侯欣荣.酒钢不锈钢炉卷轧机的持续改进[J].酒钢科技, 2010, 15 (3) :7-12.

[2]石旭麟, 明绍玉.酒钢炉卷轧机板形控制技术的应用[J].轧钢, 2005, 12 (2) :58-60.

冷轧板形 篇6

影响冷轧带钢板型的最终因素是带钢通过轧辊时的有载辊缝。所以, 目前所有调控板型的方法都是围绕调控工作辊有载辊缝设计的。目前应用比较广泛的方法有压下偏斜、工作辊及中间辊弯辊、CVC辊、工作辊分段冷却等等。

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及其影响因素

2.1 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。

2.2 影响板形的主要因素

2.2.1 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。

2.2.2 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。

(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。

2.2.3 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。

3 生产过程中浪形的形成因素和控制方法

3.1 单边浪的的形成原因及控制方法

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。其主要控制方法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。

3.2 双边浪的形成因素及控制方法

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。其主要控制方法是通过改变加大弯辊力的方法进行调整。

3.3 中间浪的形成因素及控制方法

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。其主要控制方法是通过减小弯辊力的方法进行调整。

3.4 肋浪 (1/4) 浪的形成因素及控制方法

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。其主要控制方法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。

3.5

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。

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。

参考文献

[1]谢东钢.我国冷轧板带材生产技术现状及发展方向, 重型机械[J], 2011 (04) :31-35.

[2]孙树杰.退火工艺及冷轧压下率对CSP工艺低碳冷轧板微观组织及织构演变规律的影响, 内蒙古科技大学学报[J], 2011 (04) :31-35.