热轧机板形控制系统论文（精选4篇）
热轧机板形控制系统论文 篇1
随着国内外冶金工业的发展，在我国的板带材生产中已经广泛应用四辊板带轧机，为了最大限度地提高轧制成材率，一方面采用合理的轧制工艺，通过将轧机工作辊、支承辊与原始磨削辊型进行配合;另一方面轧机还应具备一定的辊型调整手段。由于工作辊面所形成的有载辊缝形状决定了实际轧件的截面形状，而这又受到轧制时轧制力、轧辊配置、弯辊力等因素的影响和制约。因此，在板带轧制中如何根据产品的平直度原则进行四辊板带轧机的辊型的辊型设计及辊型调整越发重要。
1 冷轧板形缺陷与控制
所谓板形，就是轧制后带材所产生的波浪和瓢曲。实际上就是指板带材的翘曲程度。由于各种因素的影响，带材在辊缝中的纵向延伸方向往往是不均匀的。通过对板形进行检测进而实现板形自动控制，只有连续不断地、准确地将板形状况及时地反馈给控制系统，板形控制系统才能以此为依据向执行机构发出正确的调节指令，实现板形闭环自动控制。
2 控制板形问题的基本方法
2.1 HC轧机
在普通四辊冷轧机的基础上对HC轧机进行处理，通过在工作辊和支承辊之间设置可以进行轴向移动的中间辊，采用更小的直径的工作辊。主要特点是： (1) 中间辊的位置可根据板宽调整，可以减小工作辊的弯曲挠度和工作辊与支撑辊的弹性压扁，因此可以显著地减小带钢边缘减薄现象; (2) 中间辊的轴向移动在一定程度上减小了工作辊与支承辊的有害接触区，使有害接触区不再阻碍液压弯辊，液压弯辊的板形控制功能得到明显改善; (3) 采用了较小的工作辊直径，减小了轧制力和轧制力矩。
2.2 CVC轧机
CVC轧制采用S型轧辊，上下轧辊的辊型相反布置，调节轧辊的轴向位置可以获得不同的辊缝形状，以满足轧制带钢的板凸度和板形要求。CVC轧机的特点主要表现在： (1) 多组原始辊型不同的轧辊可以通过一组S型曲线轧辊进行代替，在一定程度上减少了轧辊的备用数量; (2) 通过调整无级辊缝进而适应不同产品规格的变化; (3) 辊缝调节范围大。
2.3 PC轧机
轧辊的成对交叉是PC轧机的主要特点。成对交叉是指相互平行的轧辊轴线，上工作辊与上支撑辊构成一对，下工作辊与下支撑辊构成另一对，通过交叉将这两对轧辊的轴线按照一定的角度进行布置。轧辊辊缝随着轧辊轴线的交叉而发生变化，离轧辊交叉线越远，辊缝就越大。PC轧机对板形进行控制，是通过改变轧辊轴线交叉角进而改变辊缝形状实现的，这是一种柔性的辊缝型。
3 VC轧机的特点与结构
3.1 特点
VC轧辊系统的特点主要有：通过降低支撑辊的换辊次数，在一定程度上减少了不同辊型的轧辊数量;对轧辊磨损及热辊形进行补偿;在进行带材轧制加、减速的阶段，对于轧制速度的变化引起的轧制力波动和轧辊凸度变化可以进行有效补偿;通过采用VC辊代替原有支撑辊，所以在线改造较为方便。
3.2 VC轧辊的结构
VC辊是一种组合式支承辊，由芯轴、套筒和旋转接头装配而成(如图1所示)，在芯轴和套筒之间的辊身中心区域有一个油槽，槽内充以压力可变的高压油。辊颈两端的套筒均收缩，收缩接头用作内部压力油的外部密封件并用于轧辊传动装置的自由滑移转矩传输。
4 控制VC辊轧机板形的技术
根据图1所示，与普通实心辊相比，VC轧机由套筒与芯轴通过热装而成，其内部有一个可以进油的空腔。使得在轧制过程中，由于VC轧机内部油腔的存在，套筒在辊间压力作用下，一方面产生一个整体的挠度，另一方面在受力区域产生一个塌陷位移。
5 结语
综上所述，随着现代工业技术的不断发展，对冷轧带材的质量提出更高的要求，冷轧机的装备技术、控制水平在一定程度上向着更高层次发展，其最终目标是不断提高连续化率和质量，进而推广自动化。
参考文献
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热轧机板形控制系统论文 篇2
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)
热轧机板形控制系统论文 篇3
带材板形主要决定于辊缝, 因此, 通过调整辊缝可以纠正任何形式的板形偏差从而获得需要的板形。利用有关辊缝执行机构影响板材平整度的知识来减少板形误差。
在6辊轧机中, 是通过机械执行机构影响带材的平整度。在机械作用之后余下的平整度误差可通过热力学执行机构消除。
机械执行机构可分为: (1) 工作辊弯辊:处理对称的板形误差, 没有弯辊, 带材中心将更长, 有弯辊, 带材各部分压下率均匀, 能够纠正对称边浪; (2) 中间辊弯辊:处理对称的板形误差没有弯辊, 带材中心将更长, 中间辊弯辊能校正带材的中间浪, 另外同工作辊弯辊一起校正四分之一浪; (3) 中间辊CVC窜动, 应用于6辊轧机的中间辊, 通常用作支撑工作辊弯辊, 当支持的弯辊执行机构位置超出设定极限时, 将会给支持环路 (CVC窜动) 一个控制误差, 为CVC窜动系统生成一个模拟输出信号, 支持动作的速度取决于轧制速度; (4) 倾辊:主要处理不对称的板形误差, 没有倾辊, 一侧边缘将更长, 根据这项功能, 倾辊能够校正带材不对称的边浪和上弯拱形。
热力学板形控制是通过向辊上喷淋冷却液来改变工作辊不同位置 (点) 的外形, 使工作辊辊身发生热膨胀或收缩的板形控制。为了获取平整度热力学控制的有效性, 一定要保证冷却液和工作辊有一定的温度差。热力学手段有: (1) 基本冷却:其主要用于辊缝的冷却润滑; (2) 局部分区冷却:根据板形系统的需要来控制开启冷却喷嘴的个数, 来纠正局部板形缺陷; (3) 热边部喷射:热油喷射位置可根据带材的宽度自动调整, 主要用于解决因轧辊边部温降而导致带材边部板形缺陷的问题。
2 板形控制过程
首先输入来料参数如宽度、厚度、合金、状态等, 轧机自动计算出加工道次, 并确定每道次CVC辊的窜动位置、工作辊、中间辊弯辊力、轧制力、轧制油等效喷射宽度和投入喷射百分比等数据;其次进入轧制阶段, 通过现场板形辊系统实时获得带材的平整度, 经分析处理成平整度曲线, 再经数学模型分类为一次、二次、四次方程缺陷, 分别传送到相应板形控制执行机构, 倾辊、工作辊和中间辊弯辊力、CVC窜动进行动态调整, 通过改变辊缝轮廓凸度, 使各自的实时值能够稳定在系统设定值范围内, 解决了一次、二次、四次缺陷, 剩余小的、复杂的、非对称的缺陷由轧制油喷射系统解决, 这样总体上既提高轧机板形的控制能力又避免了因使用大弯辊力而带来的负面影响[1]。
3 板形液压三种控制手段的特性[2]
对于工作辊弯辊, R2 (二次凸度) 与R4 (四次凸度) 均为正值, 随W (带材宽度) 增大, 二者均呈加速增大的趋势, 如图1 (注:由于R4值较小, 在图1~图3中将其放大10倍, 以便于比较) 。
对于中间辊弯辊, 随W增大, R2保持正值且呈减速增大的趋势, R4在W较小时为正值, 随着W的增大转为负值。因此存在一个临界W值, 在此点上中间辊弯辊力的变化只会带来R2的变化, 而不影响有载辊缝的R4, 如图2。
对于CVC窜辊, R2均为正值, R4均为负值, 随W增大, R2呈匀速增大的趋势, R4的绝对值呈加速增大的趋势, 如图3;因此三种控制手段具有一个共同的特性, 即随W增大R4的变化在总的控制效果中所占比重加大。
4 宽、窄料的控制手段
在带材轧制过程中, 往往为了控制好板形, 工作辊弯辊、中间辊弯辊、中间辊CVC窜动都会尽力去校正板形, 结果相互影响, 反而达不到应有的效果;又因为随带材宽度增大四次凸度变化在总的控制效果中所占比重加大, 所以确定宽度的一个临界值, 给不同的执行机构以不同的优先级, 针对宽、窄料制定不同的控制手段[3]。下面定义带材宽度小于某一临界值为窄料, 反之为宽料, 例如南山1号CVC六辊冷轧机, 生产的带材宽度范围为950~2 100 mm, 小于1 660 mm为窄料, 大于1 660 mm为宽料。
(1) 窄料方案
将工作辊弯辊只用来实现纠正板形二次抛物线缺陷, 中间辊弯辊和CVC窜动协助工作辊弯辊;如果工作辊弯辊值超过某设定范围, 工作辊弯辊将发出控制输出信号告诉中间辊弯辊和CVC窜动开始以某一特定速度动作, 来调整板形。中间辊弯辊和CVC窜动的动作与否由工作辊弯辊值来直接控制。
窄料控制如图4所示, 若工作辊弯辊纠正二次缺陷的值超过40%, 中间辊弯辊和CVC窜动将开始动作, 增大凸度, 直到板形系统检测到足够大的凸度, 工作辊弯辊值才开始下降, 当下降到低于38%时, 中间辊弯辊和CVC窜动停止动作。定义WB:工作辊弯辊;IB:中间辊弯辊;SS:CVC窜动。
(2) 宽料方案
工作辊弯辊来实现纠正板形四次曲线缺陷即中浪和双侧边浪[4], 中间辊弯辊和CVC窜动用来实现纠正板形二次抛物线缺陷即四分浪和边中浪, 如果中间辊弯辊值超过某设定范围, 中间辊弯辊将发出控制信号告诉CVC窜动开始以某一特定速度动作, 来调整板形。CVC窜动的动作与否由中间辊弯辊值来直接控制。
宽料控制如图5所示, 若中间辊弯辊纠正二次缺陷的值超过60%, CVC窜动将开始动作, 增大凸度, 直到板形系统检测到足够大的凸度, 中间辊弯辊值才开始下降, 当下降到低于58%时, CVC窜动停止动作。
5 结束语
轧铝设备运行中的板形控制是一个极其复杂的系统工程, 冷轧铝带材板形除了受各工序的影响外, 还与带材的宽度有一定的关系。在现有的CVC 6辊冷轧机运行中, 以液压AGC、弯辊、热力学装置[5]等工艺方法改善板形控制是必要的, 其中液压AGC三种控制手段通过宽、窄料控制策略的设置在现场铝带材轧制过程确实很好的起到了改善板形的作用。
参考文献
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热轧机板形控制系统论文 篇4
本文主要通过对双机架可逆式轧机的压下规程、辊形曲线优化以及支撑辊换辊周期等工艺参数进行研究分析,采取进一步的优化措施,使轧机板形控制水平得到有效提高,浪形改判率得到有效控制。
1 双机架四辊CVC可逆式轧机介绍
双机架冷轧机组是冷轧厂的主体设备,采用高架、紧凑式布置,主要设备包括两架四辊可逆式轧机、一台开卷机、两台卷取机。轧机采用了CVC、正负弯辊、多区冷却、液压AGC等先进技术,配有先进的测速、测厚、测张系统,可以实现厚度、板型的闭环控制,整体装备水平达到国际先进水平。
机组设计生产能力年产83.2万吨。主要产品规格为0.3~2.5mm厚,900~1650mm宽,卷重最大35吨。主要钢种有碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金高强度钢等。
2 轧机板形控制影响因素分析
2.1 不同钢种浪形改判情况
统计2010年一季度冷轧产品各钢种浪形改判率情况如下:
从表1中可以看出,St14钢种的改判率为1.42%,为浪形改判的第一钢种,占所有浪形缺陷的34%;St12钢种的浪形改判率为1.2%,占所有浪形缺陷的61.9%,这两个钢种为影响冷轧产品浪形改判率的主要钢种。
2.2 影响St14和St12钢种板形控制的原因
从本台轧机的布置形式来看,通过六西格玛影响因素分析,去除热轧原料板形影响因素外,影响这两个钢种板形控制的主要原因有:成品道次压下率、工作辊辊形以及支撑辊换辊周期。
2.2.1 成品道次压下率:
冷轧轧制过程中,成品道次压下率的不同对冷轧产品板形质量具有重要的影响意义,压下率极大或者极小都不利于带钢板形的控制[1]。
2.2.2 工作辊辊形:
本台轧机CVC轧辊曲线采用的3次辊形曲线,工作辊横移范围为-100~100mm,等效凸度范围为0mm-0.700mm,最大最小直径差为1.298mm。不能满足目前生产板形控制要求。
2.2.3 支撑辊换辊周期:
通过对不同支撑辊换辊里程的辊形曲线发现,随着轧制里程的增加,支撑辊辊形磨损非常严重,对板形控制产生非常不利的影响。
3 轧制工艺改进
3.1 成品道次压下率优化
优化前,宽度在1250mm以上总压下率大于70%,宽度为1000-1100mm之间,总压下率大于73%时,成品道次压下率在25~30%之间;通过增加一个轧程后,成品道次压下率保持在20%左右,板形控制良好。
3.2 工作辊辊形优化
通过在现有三次轧辊辊形曲线的基础上,联合东北大学进行辊形曲线优化,轧辊辊形曲线的最大轧辊等效凸度在563.8μm的基础上明显提高,能达到设计的700μm的要求,扩大了轧机的板形控制范围[2]。
3.3 支撑辊换辊周期优化
通过对比不同里程下机支撑辊辊形缺陷情况,充分考虑到更换支承辊的成本以及换辊时的时间和人员安排,以及实际生产的需要等因素,在支承辊辊形曲线恶劣之间更换支承辊,确定换辊周期为1600km。
4 小结
通过对压下规程、辊形曲线以及支撑辊使用里程的优化,冷轧产品质量明显提升,主要表现在:
4.1 轧制带钢板形的控制能力得到有效提高,浪形改判率明显降低,有改进前的1.14%降低至0.51%。年创造效益50余万元。
4.2 进一步降低了冷轧成本,提高了顾客满意度,质量异议明显降低。
参考文献
[1]王国栋.板形控制和板形理论[M].北京:冶金工业出版社,1986.