轧制控制范文（精选12篇）
轧制控制 第1篇
如果在轧机出口安装有测厚仪, 当外界干扰引起被控量发生变化时, 人根据观察到的实测厚度, 与目标值比较, 发现已偏离了所要求的目标厚度, 就通过压下螺丝去改变控制压下位置, 使得轧出的厚度回到所要达到的目标厚度, 几次调节把它控制在允许的厚度偏差范围之内。这一过程, 人在轧制过程中起到了比较、判断和操作的作用。由此可知, 人工操作过程实质上是通过测厚仪发现差异, 由人来纠正差异的过程。这里人的眼睛、大脑、手、轧机和测厚仪等便组成了一个人机闭环控制系统。将输出量反馈回来影响输入量的控制系统称为闭环控制系统, 或称为反馈控制系统。如果是用运算控制器代替人自动完成偏差信号调节和控制信号输出, 再由电动执行器完成具体调节任务, 就成为自动控制系统。
控制系统分类的方法很多, 按照变量的控制和信息传递方式不同, 可分为开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统等。控制系统一般用框图及信号流线表示, 这样控制系统的分析可以从任何具体控制装置中抽象出来。将控制系统的各环节的相互联系和流程用动态结构框图表示, 便于比较分析, 也便于对系统进行实验模拟。返回实际问题时, 只要将各框图内数学模型建立准确, 即可仿真某种输入条件下的输出结果。
开环控制系统为直接控制系统, 输入量即为控制量, 发出控制作用给被控制部分, 而被控所示为前馈控制, 控制部分依据对输入量的制部分并不将控制结果返回到控制端。如轧制的前馈厚度控制, 其方法是检测来料厚度, 按固定算法计算辊缝, 输出给压下装置进行辊缝设定, 但不涉及轧出厚度到底是多少, 即没有将输出量反馈到输入端与给定量进行比较。于是开环控制系统的精度便取决于该系统初始模型精度以及系统各部件的精度。
闭环控制系统是借助于测厚仪测出实际的轧出厚度, 并转换成相应的电压信号, 然后将它与所要求的目标厚度相当的电压信号进行比较, 得到与厚度偏差相当的偏差信号。偏差信号经放大器放大, 控制可控硅导通角度, 调节电动机通电时间, 使压下螺丝向上或向下移动, 从而使辊缝相应改变, 得到所要求的轧件厚度值。只要测厚仪精度足够, 调节器、执行器或任何外扰因素影响出口厚度时, 都会调节辊缝, 自动地使实际轧出厚度保持在允许的厚度偏差范围内。即无论来料干扰还是调节执行机构本身的缘故, 一旦有偏差, 出口监测装置就会报告出来。故反馈系统广泛地用于自动控制系统之中。
模拟量信号实现控制为模拟自动控制系统。被控对象的输出量能作用到控制部分的输入端, 信号的传递形成一个闭合环路的系统称为闭环控制系统, 又称为反馈控制系统。输入量与反馈量之差即为偏差量。偏差量加到控制器上, 其作用是使系统的偏差减小或消除, 使系统的输出量接近于给定值或等于给定值。
然而, 检测仪放在轧机后面一定距离, 检测信号已经滞后一段时间, 只能对后续部分进行控制, 所以反馈控制是有滞后作用的。对短时突变, 简单反馈控制还可能造成多余调节。但是一般原料条件不会骤然突变, 所以控制信号对后续部分也是同样有参考作用的。
把模拟信号数字化, 由计算机实现控制, 称为数字式控制。是采用计算机进行压下位置调整的数字自动控制系统。计算机周期性地根据压下位置设定值与当时的实际压下位置值进行比较, 按照预定的控制算法进行计算, 然后通过压下电机的转动去调整压下位置使之保持在设定值上。由于是用计算机直接进行控制运算, 所以此种系统称为直接数字控制系统 (DDC) 。数字式控制系统制算法灵活, 精度高, 是未来控制系统的主要方式。
根据反馈原理可知, 实现轧件厚度或压下位置的控制, 基本上要完成3个步骤:一是对被控量 (即实际轧出厚度或压下位置) 的正确测量与及时报告;二是将实际测量的被控量与希望保持的给定值进行比较、计算和控制方向的判断;三是根据比较计算的结果, 发出执行控制的命令, 使被控量恢复到所希望保持的数值上。根据上述原理, 便可以概括出闭环自动控制系统的典型结构原理。
在复合控制系统中, 控制部分与被控制部分之间同时存在开环控制和闭环控制。采用复合控制系统的目的是使系统既具有开环控制系统的稳定性和前瞻性, 又具有闭环控制系统的精度。
金属轧制工高级技师事迹材料 第2篇
钢铁（集团）有限责任公司 金属轧制工 高级技师 金属轧制工高级技师事迹材料
***同志，男，1969年出生，汉族，中共党员，现任***钢铁股份公司热轧厂轧制作业区大班长，轧钢高级技师。解决了一大批长久以来困扰生产的难题。同时该同志对现有的工艺也进行优化创新，降低了事故，提高了生产作业率。并在工艺技术改造方面，获得了两项国家专利。
二、率先掌握轧钢新技能，有效促进新区热连轧投产达效。2010年4月，作为重钢搬迁工程重点项目之一的1780mm热轧板带工程即将建成投产。李正琦同志在设备安装调试、热负荷试车、确保生产顺行中作出了突出贡献。在热轧薄板厂试生产过程中，他在生产第一线带领生产操作职工了解设备，熟悉设备，提高操作技能。
变截面轧制的轧制力模型建立 第3篇
关键词：变截面；轧制力模型；有限元
一、变截面轧制的轧制力模型的推导
轧制力模型是轧制过程中的关键参数之一，轧制力模型会对轧机运行时机座的弹跳值的产生直接影响，从而影响变截面轧制的厚度控制。变截面轧制是通过改变轧制过程中轧辊的压下量来实现的。[2]
对于普通轧制，轧制力可以用以下计算公式：
（1-1）
式中
P—轧制力；px—单位压力；ι—接触弧水平投影。
考虑到在接触弧上单位压力不是均匀分布的，普遍的做法是用平均单位压力代替单位压力来计算总轧制力。平均单位压力可以表示为：pm=nσ·σφ （1-2）
P=pm·F （1-3）
因此轧制力表示为：F=l·b （1-4）
l=■ （1-5）
式中 P=b·l·nσ·σφ （1-6）
b—轧件宽度；F—轧件与轧辊的接触面积；l—轧辊与轧件接触弧长；R—轧辊半径；△h—压下量；pm—平均单位压力；
nσ—应力状态影响系数；σφ—金属的实际变形抗力；
变截面轧制的压下量、接触弧长、宽展、延伸与普通轧制相比发生了改变。本文主要研究变截面薄板，倾斜角比较小，因此忽略接触弧长、咬入角的变化产生的影响。所以主要的影响量为压下量和宽展。压下量及宽展可以采用[3]中公式计算。
（一）应力状态影响系数。影响应力状态影响系数nσ的因素有：受轧件宽度影响的系数nβ，受摩擦影响的系数n′σ，受外端的影响系数n″σ，受张力的影响系数n′″σ。因此nσ表示为
[3-4]： （1-7）
因为是平面变形，nβ取值为1.15；此处不考虑外端的影响，n″σ取1；轧制时没有张力所以n′″σ也为1；摩擦影响系数运用采里柯夫公式（4-8）。
式中
H—入口厚度；h—出口厚度；hr—轧件在中性面上的厚度；
l—接触弧长；f—摩擦因素。
（二）金属塑性变形阻力。通常来说，在金属塑性变形阻力都采用以下函数形式：
（1-11）
式中T—变形温度；μ—变形速度；ε—变形程度。
关于化学成份的影响，目前一般采用对某一种特定钢种积累一套 经验数据的方法，或者在公式的系数予以体现。
这里采用张晓明、邸洪双的轧制力公式：
（1-12）
将（1-10）、（1-12）还有、的表达式带入（1-6）得到变截面轧制轧制力模型的表达式：
（1-13）
二、利用数值模拟的方法对变截面轧制过程进行了仿真，
从而验证了推导出的轧制力模型的正确性
（1）利用ansys数值模拟软件对变截面轧制过程进行了数值模拟，其中取三种倾斜角的变截面钢板分别进行了模拟，模型的建立过程中把轧机简化为一对工作辊，轧件为规则长方体，具体参数设置如表2.1。
表2.1 轧辊和坯料模型基本参数
将数值模拟的结果与理论计算值进行了比较。在变截面轧制过程中，取9个均匀的时间分隔点，将数值模拟和理论计算中这几个点的轧制力的数值以matlab绘制成曲线，结果如图
2.5 a、b、c所示。
采用数值模拟，对不同倾角的变截面轧制过程进行了模拟计算并域理论计算值进行了比较，从对比中可以看出：
数值模拟的结果和理论计算值具有一致性。数值模拟对变截面轧制过程的研究具有参考意义。数值模拟的结果还表明变截面轧制压下量增加时轧制力也是增加的
参考文献：
[1] 包向军.变截面薄板弯曲成形回弹的实验研究和数值模拟[D].上海交通2003.
[2] 赵志业.金属塑性变形与轧制理论[M].北京：冶金工业出版社，1980.
[3] 丁雷. 变厚度轧制及其厚度控制[J].机械工程与自动化. No.3，2011
[4] 丁雷.边厚度板材的轧制技术及其厚度控制模型的研究
[5] 周纪华，管克智.金属塑性变形阻力[M].北京：机械工业出版社，1989.
轧制断带分析及控制 第4篇
1. 断带的原因
为了比较明了地分析引发断带的原因, 我们总结了近三年来各类断带事故的技术分析, 从人、机、料、法、环五个方面, 以树状图表示如下:
2. 断带原因分析及控制措施
2.1 来料方面。
在冷轧状态下, 由于原料缺陷一般塑性极差或没有塑性, 导致局部带钢延伸过大, 应力集中, 容易引发断带。来料的原因主要表现在来
料边部有翘起、折叠、边裂大, 中部有夹杂、穿孔、材质异常, 卷形不良等。使得在轧制过程中发生边部裂口增大, 中部穿孔加剧, 以及带钢发生跑偏, 从而引发断带。针对这些原因, 我们制定的措施主要有以下几点:
1) 上料之前, 操作工仔细检查带钢的边部状况, 并认真阅读现品票上有关上工序的质量记录。2) 第一道次轧制时, 入口和出口各有一名操作工检查来料的质量状况, 并记录下缺陷的位置。3) 各道次中要求对缺陷点做好跟踪, 低速通过, 并在中间道次要求操作工再次检查带钢的边部状况。4) 对卷形不良严重卷进行保留, 符合技术条件的从开卷机轧制。
2.2 操作方面。
员工技能的高低直接表现在对问题程度的判断上, 对现场情况的判断上, 及对事故萌芽的经验判断上, 新员工如果不多从历史的事故中吸取教训, 以及部门内部不加强学习、交流, 则往往会导致“故伎重演”。典型例子:
1) 轧制中途钢卷异常分割, 继续轧制时带钢入口圈数已失真, 必须采取人工干预, 提前降速, 然而尾部轧入的事故还多有重演。2) 原料加有薄壁套筒, 第一道次入口未输入套筒直径, 直接轧完。3) 为节省时间, 强制按速度保持键, 致使降速空间超过停机印。4) 现场操作中注意力不集中, 生产过程中产生的异常情况未及时发现。
针对这些问题, 所应采取的措施, 最关键的一点是要加强培训、交流与考核。而培训不能单一地采取集中授课的方式, 而应该利用各种宣传手段, 在各个地点, 各个时间段对操作工进行教育。并间断的辅以试卷的形式进行考核检查。
另外, 在主操与地面操作的配合好坏, 也会影响事故的产生。地面操作工在第一道次的尾部示意主操降速、停车, 主操根据手势进行控制, 也完全可以避免因套筒直径未输而导致的事故发生。
因此, 在这一方面, 操作工的经验、配合, 部门内的交流、培训、考核是解决这些问题的关键。
2.3 设备方面。
2.3.1 板形失真。
各类轧机板形控制的方式不尽相同, 但用于板形监控的显示原理是一致的, 即利用应力等于弹性模量与应变的乘积 (σ=E*ε) 。由于干扰应力σ因素 (如设备精度, 套筒精度, 带钢对中精度, 温度模型等) 很多, 板型显示往往存在失真。现代轧机的设备安装精度进一步提高, 控制技术也日新月异 (如边部补偿技术, 压力区宽度由52mm变为25mm等) , 但目前还没能解决带钢在跑偏状态下, 显示板形与实际板形准确性的问题。3#CR机组投产以来, 已发生了多次因板形显示与实际不一致, 而导致的事故与险兆。
针对这一方面问题, 在得到根本解决之前, 只有依靠操作工经验的积累与提高, 依靠主操与辅操的配合, 尽早发现板型异常状况, 及时采取应对措施, 如板形控制切换到手动控制等。
2.3.2 主传动故障。
1CR的主传动轴烧损, 2CR的主传动跳电等, 这些问题都曾经或还在影响着轧机的稳定生产。需要我们在备件的管理, 及电气的控制方面继续努力。
2.3.3 零件脱落、辊子装配不当。
如牌坊的两侧小零件的脱落, 在卷入带钢后, 导致带钢撕裂, 这在卷、垫纸机上面和辊擦拭器方面都曾经发生过断带。另外, 中间辊、支撑辊和辊擦拭器装配不当, 也容易引起断带、火险。这就要求我们做好日常的设备点检工作。
2.4 其他方面。
在其他产生断带的原因中, 比较常见, 也比较难发现的一个问题, 就是轧制过程中产生的边裂。下面就其产生的原理、现象及措施进行分别论述。
2.4.1 轧制边裂产生的原理:
冷轧状态下, 中部带钢承受两向压应力, 一向拉应力;而边部带钢承受一向压应力, 一向拉应力。根据塑性变形理论, 压应力最有利于金属产生塑性变形, 而拉应力则恰恰相反, 因此, 边部带钢受力条件最为恶化。另外, 由于在热轧不锈钢时, 边部很容易产生各种缺陷, 如狭缝、边鳞、氧化皮咬入等, 此类缺陷物塑性极差, 硬度很高, 冷轧时直接磨损轧辊边部。尤其是轧制300系列带钢时, 在强大的轧制力作用下, 轧辊边部迅速形成直径降落区 (宽度约10-20mm, 最大直径降落可达30-40μm) , 拉应力的作用凸现, 从而更进一步恶化了边部带钢的受力状态, 导致带钢边部发生密集型的450方向开裂, 一旦边部延伸不足, 很容易发生带钢在入口或出口侧发生撕裂断带。
日新制钢曾经做过这样的验证:3ZM轧制304钢种, 用轧制米宽带钢的旧工作辊直接轧制4英尺宽度的带钢, 发现带钢表面存在两条明显的连续色差, 然后在下工序取样, 测量带钢的横向宽度, 测试数据表明:色差位置与工作辊磨损部位完全吻合;色差部位厚度比相邻两侧厚约10μm。验证结果表明, 在轧辊边部磨损的情况下, 考虑到边部板形显示精度因素, 带钢容易发生边部延伸不足。
2.4.2 轧制边裂产生的现象。因来料问
因来料问题, 在轧制过程中, 带钢的边部产生边裂, 其主要现象是带钢边部发白, 且有横向皱纹;辊子端部发生磨损, 有手感, 或无手感而发白。
2.4.3 防止轧制边裂的措施。
制定合理的冷轧用轧辊更换制度, 可以做到表面改善和事故控制兼顾。
1) 磨辊保证足够的磨削量。应明确指出的是, 工作辊磨削不仅仅是为了磨掉疲劳层, 更是为了消除轧辊直径降落, 优化辊型。2) 所有钢卷第一道次必须使用新的G辊或F辊。3) 300系列1次轧程出口实际厚度h<0.8mm, 轧制道次p=8 (9) 时, 前3 (4) 道次后更换新的G辊 (也可使用前一钢卷的旧H辊) , 精轧前道次更换新的H辊;轧制道次p=10时, 前5道次后更换新G辊或新H辊, 精轧前道次更换新H辊。4) 实际轧制过程中, 操作人员除常规边部确认外, 必须仔细确认带钢边部的发白程度和旧辊的磨损状况, 及辊面质量 (点检旧辊) , 发现异常及时通知主操, 以便采取相应措施。
轧制控制 第5篇
内容提示：我国钎焊铝轧制材行业是伴随着学习外资企业先进技术、引进国外先进设备并不断消化吸收发展起来的。
内容选自智研咨询发布的《2014-2019年中国铝合金拉链市场调查及投资前景分析报告》
（1）原材料价格波动剧烈
钎焊铝轧制材生产所用的原材料主要是铝锭，特别是2008 年国内外铝锭价格波动剧烈，虽然行业内产品的定价方式为“基准铝价+加工费”，当铝锭价格波动时具备一定的转嫁成本的能力，但是如果未来铝锭价格持续大幅波动，将会增加行业生产企业资金周转、成本控制和库存控制的难度，对经营业绩造成不利影响。
（2）市场竞争激烈，低端产品无序竞争
由于钎焊铝轧制材行业的良好前景，中国市场强大的需求以及原材料和人力资源优势，许多生产钎焊铝轧制材的国际铝业公司纷纷在国内建立生产基地和研发中心，通过本土化研发和生产，降低产品成本。这将使得国内钎焊铝轧制材行业的竞争更加激烈。同时因为铝合金复合材料的附加值相对较高，国内传统的铝加工企业也纷纷进入此行业，短期内，造成行业中的小企业较多，生产规模小，缺乏核心技术，在低端产品领域，利用低价方式进行竞争，这种只注重短期利益而忽视长远发展的模式造成了铝合金复合材料的质量出现下降，对钎焊铝轧制材行业的发展造成一定的负面影响。
（3）整体技术水平和研发创新能力不足
无孔型轧制工艺的开发和应用 第6篇
【关键词】无孔型轧制；压下规程；工艺设计
0.前言
在没有轧槽的平辊上轧制钢坯的方法，叫平辊轧制，也叫圆边矩形轧制或无槽轧制。
方坯、方钢和圆钢一般都是在排列有各种孔型的轧辊上轧制而成。但这种轧法轧辊消耗和储备量大，换辊频繁，不仅严重地影响轧机生产率的提高，而且使生产成本增加。为此，世界上许多国家研究在钢坯和简单断面型钢生产中，用无轧槽平辊代替粗轧机组和中轧机组中全部有槽轧辊进行无孔型轧制。目前，无孔型轧制正在较为广泛地取代常规的孔型轧制。
1.无孔型轧制法的优点
同传统的孔型轧制法相比，无孔型轧制法有如下的优点：
1.1节约能源
采用无孔型轧制，可使轧机作业率明显提高，因而减少停炉时间，使加热炉的燃料消耗减少6%；无孔型轧制时轧件变形较为均匀，轧件内部产生的附加应力小，没有轧槽侧壁对轧件的作用力和轧槽周边辊径差对轧件引起的摩擦力的作用，因此轧制力比用常规孔型轧制减小5%～10%，可节约电能约7%。
1.2成品质量好
无孔型轧制可避免孔型轧制时轧辊与导卫装置错位、轧偏和过充满所引起的质量缺陷；无孔型轧制可使金属产生横向流动，有利于表面更新，因而可使表面上的发纹、裂纹等缺陷减少和表面层变化均匀，这对要求脱碳层均匀分布的产品非常重要；轧辊工作表面无速度差，金属与轧辊接触表面上的相对滑动较孔型轧制时小得多，因而没有轧辊的磨屑压在轧件表面上，这对生产作为拉丝坯料的盘条特别有利。由于拉丝盘条的质量改善，可使细丝拉伸机的生产能力提高6%，成本降低5.5%。
1.3成材率高，节约金属
无孔型轧制时轧件变形均匀，因而轧件头部和尾部形成缺陷的长度大为减小。由于切头切尾长度显著减小，从而可使成材率提高0.1%～0.4%；由于变形均匀，无内部缺陷的轧件所占百分比也比常规孔型轧制法要高。因此可以获得提高成材率和节约金属的显著效果。
1.4节约轧辊，轧辊复修简化
无孔型轧制时所用轧辊直径比常规孔型轧制所用辊径小，其差值为轧槽深度的2倍，从而使轧辊重量减轻；平辊轧制时因为没有辊环，所以辊身长度的利用率可提高5%～10%；轧件与轧辊接触处的轧辊工作直径相同，没有由于轧槽所形成的辊径差，轧件宽向没有辊面速度差，轧辊磨损大为减少且较均匀，轧辊复修量显著减小，轧辊寿命提高2～4倍；由于无孔型的轧辊可适用于各种规格的产品，相同的轧辊又可适用于不同机架，这又可使轧辊的储备量大为减少（减少约1/3），从而使轧辊的管理大为简化。
1.5提高轧机的生产能力，降低劳动强度、劳动量和生产成本
无孔型轧制时，因为轧辊的共用性大，换轧产品时常常不用换辊，轧机调整也较为简便，从而可使轧机停工时间减少30%左右；换辊时，由于轧辊轴向无辊环阻碍，无须松退导板、卫板，使换辊时间大为缩短。因此轧机的作业率大为提高，从而显著提高轧机的生产能力，这对多品种小批量生产的轧机以及品种规格多的钢厂，效果尤为显著。
但是，无孔型轧制在应用中尚有以下问题有待解决：
（1）因为无孔型轧制没有侧壁夹持轧件，易于造成脱方，严重时则不可能继续轧制。
（2）由于轧件角部重复地进行无槽轧制，故比较尖锐，有可能造成折叠缺陷。
（3）为使无孔型轧制用于实际生产，需要设计防止脱方的轧制程序和导卫装置，这种导卫装置的设计应能防止轧件前后端弯曲、扭转脱方变形和刮伤轧件表面。
2.无孔型轧制工艺设计
2009年，轧钢厂将无孔型轧制工艺开发列为当年的技术改造项目，由于无孔型轧制存在的问题，轧钢厂在工艺开发设计过程采取了针对性的解决方法。
（1）优化设计无孔型轧制工艺道次程序表。将入口轧件的高宽比控制在小于1.5范围，最佳压下率控制在0.7RB和1.3RB之间（RB指变形在单鼓和双鼓之间时的临界压下率）。
（2）加长导板，使其尽量伸入轧辊中心， 以防止轧件平行四边形现象。
（3）设计防止轧件产生折叠的孔型。由于无孔型轧制后的矩形断面轧件是尖角的，在进入椭圆孔型中轧制时易形成折叠。为了防止折叠必须在其轧制最初咬入阶段阻止轧件角部的局部宽展， 即孔型必须设计成轧件中心位置变形程度要大。因此孔型设计为过渡孔型，以防止折叠产生。
3.工艺参数的确定
目前根据轧钢厂生产线的实际情况，我们首先在粗轧区进行摸索，所有的参数以粗轧为设计开发依据，具体如下：
3.1工艺和相关参数
全线18架轧机，其中粗、中轧各有6架平立交替布置，立式轧机为上传动。粗轧的平均延伸系数为1.323，1架箱型，2架立箱，其余采用椭圆一圆孔型系统。坯料为150*150*9700mm，开发钢种：HRB335，HRB400，40Cr，45A，45，35，25，20等。
粗轧出口断面：71圆钢，面积3957mm2；6#轧机轧制速度：0.909——1.706m/s。参数制定时，暂时不考虑6#轧机同7#轧机的孔型接口，其计算过程如下：确定6#轧机的轧件断面：F6=4013mm2，断面为：63.35*63.35mm，选用64*64mm，面积调整为4096mm2；总延伸系数为：F坯/F6=5.4932，平均延伸系数为：μ平均=1.3353，根据延伸系数的分配原则，先初步分配如下：
这样2、4、6架的轧件尺寸就设计成：113.21、84.49、63.98的方钢，为了测量和计算，调整为：114、84和64的方钢。
3.2宽展的确定
宽展的确定，选用Z.Wusatowski（Z-乌萨托夫斯基）公式计算确定：
式中：δ=B/H； （B为轧前轧件宽，H为轧前轧件高）
ε=H/D；（H为轧前轧件高，D为轧辊直径）
η=h/H；（h为轧后轧件高，H为轧前轧件高）
β=b/B；（b为轧后轧件宽，B为轧前轧件宽）
当η=0.1～0.5时，用公式（3），η≤0.1时，用公式（2）。
根据Z.Wusatowski（乌萨托夫斯基）宽展公式，计算出各道次料型尺寸如下：
基本条件：b0=150 H0=150 计算得：
经过对各道次轧件咬入条件计算，各道次均可以顺利咬入。实际生产中，各道次压下量按计算设定均较合适；道次轧件断面宽度与计算值偏差在±3mm之内。
4.应用情况
2009年8月14日，在粗轧开发无孔型轧制工艺获得成功，采用该工艺生产过程顺畅，成品钢筋经检验，各项力学性能、外观质量均符合国标要求。
截止2011年1月17日，该生产工艺在高线生产了近一年，总过钢量近100万吨，未出现因采用无孔型轧制工艺而引起的轧制事故和产品质量异议。
5.结论
无孔型轧制工艺在全连续轧制生产线上的使用是成功的，对于轧制普通钢种而言，不会产生质量缺陷，但在使用该工艺时，应考虑飞剪的剪切力是否满足。
对轧制弹簧扁钢的冷床控制优化设计 第7篇
八钢轧钢厂棒线分厂小型机组, 于1997年投产, 产品规格为?10~40mm的圆钢和热轧带肋钢筋, 现由于产品结构的调整, 小型机组单一系列的品种已不能满足市场需求。由于轧制弹簧扁钢与传统轧制圆钢或带肋钢筋在工艺上存在着较大差异, 所以, 以往的轧制电气控制已不能满足轧制弹扁的要求。为此在对程序及硬件上研究分析, 通过对精整冷床区域电气设备的改造和优化设计, 从而能满足小型生产线轧制弹扁的工艺要求。
2 弹扁钢生产出现的问题及原因分析
2.1 冷床成品率低事故率高
冷床的工作过程是从裙板制动板卸下的轧件, 通过冷床步进齿条的步进循环动作由冷床入口处缓慢移至输出侧, 轧件在此过程中逐渐冷却。小型生产线之前的棒材轧制控制程序是裙板到高位后卸下轧件, 冷床循环一个周期。这样整个冷床的每个锯齿间都会装载一个轧件, 此时由于冷床上的锯齿尺寸只有50mm, 而我们需要轧制的弹扁钢宽度为100mm, 当冷床全部接上轧件后, 每个弹扁轧件之间会重叠, 我们不难发现这样会造成每个轧件散热不均匀, 最终将造成轧件弯曲度过大, 产生废品。原程序设定有手动清床功能, 就是操作工, 用眼睛看轧件从裙板卸下, 卸到冷床时, 手动操作清床功能, 空出冷床步距, 每支钢都要这样操作一次, 难免有纰漏发生, 当轧件还没有卸到冷床时, 操作工提前进行操作, 很容易将冷床齿条损坏, 造成长时间停车, 操作工劳动强度加大, 精神压力大, 造成操作事故频出, 所以说采用原有的棒材控制方式生产弹扁是不能满足工艺要求和操作要求的。
2.2 冷床电机超负荷
小型生产线冷床的传动采用电动机-蜗轮蜗杆减速机传动方式, 通过装在低速轴上的偏心轮托动动齿条梁做圆周运动移送钢材。驱动电动为一台直流电动机, 通过长轴的旋转使偏心轮旋转, 带动齿条运动, 使钢材一步一步移向卸钢侧。所以说冷床上轧件的重量超出额定值直接会造成冷床电机的超负荷运行。
下面我们将弹扁轧制时候的冷床负荷情况做一简单的对比计算。小型生产线冷床有100个锯齿, 这意味着冷床接满后能装载100根倍尺轧件。当我们轧制最大的40mm的螺纹钢时, 一个1.7吨的钢坯可以剪切成3根倍尺。所以轧制最大的圆钢 (冷床最大承载重量) 时的冷床所重量是:
根据上式的计算圆钢轧制是冷床的最大承重质量为56.7吨。下面我对轧制弹扁钢时冷床满载承载重量做一计算, 轧制弹扁钢时使用的是1吨的钢坯, 一个钢坯只能轧制一根倍尺, 计算如下:
M2=1100=100吨
通过对M1和M2的对比发现轧制两种不同钢时冷床承载重量成倍增长, 这样冷床电机的负荷一会增加一倍, 过载会达到额定电流的150%以上, 直流电机长时间超载运行存在很大的设备隐患。
3 冷床控制硬件改造及程序设计
3.1 设计思路的提出
冷床的动作直接和裙板动作是同步的, 活动裙板上升到高位 (卸钢位置) 时, 将制动后的一支倍尺钢翻到冷床床面上, 此时冷床运行一个冷床周期, 并等待下一个裙板高位信号。如果我们让冷床锯齿间隔着接钢, 这样既可以使两根弹扁轧件之拉开间距保证了轧件的散热, 同时又会使整个冷床的承载重量减少一半, 正好符合冷床电机的额定负荷。
轧制圆钢时裙板到达高位后冷床只动作一周期, 这样裙板卸下的轧件会逐一的装满冷床的锯齿, 根据我们弹扁轧制时的控制思路, 我们只要在裙板高位后让冷床动作两个周期 (可根据弹簧扁钢规格调整) , 这样就可以保证弹扁钢在冷床上是间隔转载的, 之前提到的工艺、设备等问题将会迎刃而解, 下面我们将达到这种控制方式所需的硬件改动和PLC程序编写做一详细介绍。
小型生产线工艺控制电气设备采用LOGIDYN-D系统模块装配成的标准控制机箱。冷床设备的LOGIDYN-D控制程序比较系统, 如要改动其程序, 可以说牵一发而动全身, 所以说改动LOGI-DYN-D的程序难度非常大、且可行性较低。我们只能通过冷床的辅助控制PLC控制器入手改动设计了。PLC主要负责冷床自动、手动清床的控制。只需要在裙板高位后通过PLC执行两周期的清床后即可满足我们的控制要求。
3.2 硬件的改造
控制冷床的PLC系统和LOGIDNY-D系统是相互独立的, 数据传输是通过网络进行传输。所以要使他们同步必须从LOGIDYN-D系统上取裙板高位和冷床到位检测的信号输入至PLC。
其中S1, S2分别为用于裙板高位和冷床到位的检测接近开关, 信号直接输入至LOGIDNY-D输入板卡, 通过在其输入回路中并联中间继电器K1, K2取得用于PLC的信号。在具体实施中我们在LOGIDNY-D系统的端子上找到E00a30、E00g28、E01e14、E00g30这四个对应的段子号, 用线引至PLC柜, 并加装中继。PLC柜中需要把上述中间继电器K1, K2的常开点输入到PLC的输入模块中, K1, K2分别输入到100412和100413输入点。
3.3 PLC程序设计
PLC程序控制思路是在弹扁钢轧制时CP3操作室可以通过操作台选择弹扁轧制模式。当选择后后续程序等待裙板高位信号检测, 当裙板高位信号到达后启动冷床, 并用计数器通过冷床到位信号累加冷床周期, 到达设定值 (可根据工艺要求和弹扁钢规格设定) 后停止冷床, 并等待裙板高位, 进入下一周期, 如此循环。
根据程序流程就可以轻易编写出来PLC的梯形图程序。在编程序之前我们对PLC系统内部的I/O资源进行查询, 找出一些空闲的中间继电器等程序要用到的I/O量。
最后我们在PLC系统的编程上位机中进行冷床程序的编写、上传。
4 结束语
根据优化设计方案, 对小型生产线冷床控制程序及相关硬件电路进行了改造, 弹扁生产到目前为止, 设备动作准确可靠, 工艺效果好, 长期困扰弹扁轧制的一些问题未再发生, 成功的生产出了合格的弹簧扁钢。减轻生产操作人员劳动强度, 精神压力得到缓解, 弹扁轧制作业率、成材率均得到非常大的提高。为我公司创造了可观的经济效益。可见, 这一技术改造项目的实施, 完全能够满足小型生产线对弹扁钢轧制的工艺的要求。对今后同类设备的设计和再改造具有一定的借鉴作用。
摘要：小型生产线原设计用于生产圆钢和螺纹钢, 因市场需求在变, 现要求小型材生产线能够生产弹扁, 在弹簧扁钢生产的过程中对冷床的控制不能满足轧制弹簧扁钢工艺的要求, 大规格的弹扁较重造成冷床电机超负荷跳电, 大规格的弹扁在冷床上重叠使弹扁散热不均匀, 造成弹扁钢出现侧弯, 严重影响到弹扁的成材率等问题逐一凸显出来, 通过对冷床设备电气控制系统原理剖析后, 针对性地提出了优化设计方案, 解决了弹簧扁钢生产中的一大难题。
关键词：冷床,裙板,弹簧扁钢,PLC控制
参考文献
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轧制控制 第8篇
对生产工艺过程的精准控制是钢铁工业实现智能制造的基础,也是高端产品质量保障的关键。满足个性化需求、实现柔性制造、提高员工效率、降低产品不合格率等是工业4.0革命的几个重要特征[1,2]。对于钢铁工业而言,满足个性化需求的产品规模化定制生产、柔性制造下的工艺动态优化、提高员工生产效率及降低不合格率的智能制造,都必须是基于生产过程的“精准化”控制。特别是规模化定制生产所导致的品种多、批量小、规格变换频繁,这对目前整个生产线实现精准控制提出了更高的挑战。作为钢铁产品生产的重要工序,轧制工序承上启下,其智能化程度对实现钢铁生产全流程的智能制造非常关键。目前,绝大多数钢铁企业的轧制过程实现了多级计算机自动控制,其中L0主要完成数据采集及传动控制等功能,L1主要完成顺序、逻辑控制等基础自动化功能,L2主要完成过程优化控制等功能,L3主要完成生产排程及调度等MES功能。尽管如此,由于部分控制模型功能缺失或运行情况不佳、关键控制模型的精度水平还有待提高、控制模型的全工序动态协调功能还有待开发、控制模型的维护尚未实现智能化、信息技术应用还没有达到智能工厂要求等原因,很多企业难以实现精准控制,给整个企业实现智能制造带来很大的难题,为此,需要结合工业4.0以及智能制造的要求,在已有设备及计算机系统的基础上,开发相应的轧制精准控制关键技术,为实现钢铁全流程的智能制造奠定基础。
1 板坯加热精准控制技术
板坯加热的好坏不仅影响轧制过程的顺利进行和产品质量,而且对加热过程本身的节能降耗、板坯氧化烧损也有非常重要的影响[3]。尤其是新形势下节能降耗和个性化需求导致多品种规格混装、冷热混装增多,对加热炉的炉温精确设定、优化燃烧等提出了更高的要求。
因各方面原因,很多生产线的加热炉缺少精确的炉温设定和优化燃烧模型,炉子温度及烧钢时间多靠操作人员手动控制,存在温度控制精度不高且均匀性差、出炉温度波动大、多流或多炉生产时不能协调控制、不能自动适应不同轧制节奏等诸多问题,严重影响了生产效率和产品质量的提高。主要表现在:
(1)板坯出炉温度达不到生产要求。温度控制同板差、坯间差以及交叉轧制时温度控制的命中率低,对轧机的生产控制以及产品质量造成了严重影响。
(2)不能有效控制能耗。由于炉内各段温度全部由操作人员手动控制,因此各段温度一经设定一般不变,没有考虑实际情况,仅仅以出炉目标温度为唯一依据。这样常常造成温度不均匀,煤气也不能充分燃烧,以致浪费能源。
(3)氧化铁皮烧损严重。由于炉温不能精确设定,燃烧系统空燃比得不到优化,因此常造成煤气或者空气过量,导致炉膛内的氧化铁皮烧损严重。这样不但影响产量,而且过多氧化铁皮常常被压入板带表面,影响板卷质量。
为此,有必要针对不同的炉型(如隧道式加热炉、步进梁式加热炉等)特点及仪表配置情况,开发不同煤气配比的空燃比自动设定模型、基于烟气分析仪的优化燃烧控制策略和加热炉过程控制及模型系统等,并进一步完善加热炉故障诊断、能耗管理分析、能源优化及各种管理分析功能,提高加热炉的精准控制水平[4]。
考虑到系统的先进性及可扩展性,加热炉过程控制及模型系统采用模块化设计思想,各模块根据所完成的功能或计算任务,与其他模块进行信息交换,如图1所示。
表1为隧道式加热炉采用图1的过程控制及模型系统后,对有效的351块板坯(其中97块交叉轧制板坯)进行数据统计和分析的结果,可以看出,板坯温度的控制精度得到很好的保证。另外,加热炉吨钢综合能耗也由原来的36 kg标准煤下降为29 kg标准煤,并由此降低了炉膛内板坯氧化铁皮烧损,改善了轧后板卷表面质量。
2 自由规程轧制的板形精准控制技术
为提高轧制稳定性并获得良好的产品质量,热轧工艺对轧制计划有明确的要求,如一个轧制单位内,考虑到轧辊磨损的轴向不均匀性,主轧材宽度需由宽到窄变化;考虑到轧制模型精度、自学习效率及穿带轧制稳定性等,钢种、厚度亦不能大幅度跳跃,且需要安排合同外过渡材以保证主轧材生产[5]。随着市场竞争的日益激烈,小批量、多品种规格订单日益增多,传统轧制计划编排难以满足市场需求。
另外,为实现节能降耗,提高生产效率,缩短交货时间,取得良好的综合经济效益,现代化的宽带钢热连轧多采用炼、铸、轧紧凑式配置方式,且追求高的热直装比例,这一配置方式和目标使生产组织难度加大,难以满足传统热轧工艺需求,尤其是对于薄板坯或中薄板坯连铸连轧生产线,集冶、铸、轧工序为一体,板坯库小甚至无板坯库,产品规格众多,并通过多流板坯合一功能将铸坯直接装入加热炉,铸坯的装炉顺序与热轧工艺要求之间的矛盾更加突出。无头轧制的冶、铸、轧工序刚性衔接,对生产组织及大批量同宽轧制条件下的产品质量控制则提出了更高要求。
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为满足日趋严峻的市场需求,适应新的工艺流程要求,实现自由规程轧制近些年成为许多钢企追求的目标,也是实现钢铁智能制造的关键一环。制约自由规程轧制的最大困难在于轧制计划自由状态下的产品质量(尤其是板形质量)及生产顺行无法得到充分保证,需要采用综合的控制策略和相关的柔性技术,提高整个轧制生产线对自由规程轧制的适应性,具体包括[6]:
(1)自由规程轧制的辊形技术综合配置策略。主要包括精轧上下游工作辊(WR)和支持辊(BR)辊形配置策略、粗轧辊形配置策略,如图2所示。通过特殊的辊形配置,可以显著改善轧机的板形控制性能,为自由规程轧制的实施提供良好的基础条件。
(2)自由规程轧制中的轧辊自保持技术。主要包括支持辊润滑技术、夹送辊自保持技术、轧辊辊间接触压力均匀化技术、高速钢轧辊使用技术等。通过提高自保持性达到轧辊轴向磨损分布均匀的目的,减小宽度大幅跳跃尤其是逆宽对板形质量的不利影响。
VCR—变接触支持辊辊形,用于和常规凸度工作辊配合使用,均匀化辊间接触压力,提高横向刚度和弯辊效率;VCR+—新一代变接触支持辊辊形,用于和HVC类工作辊配合;CON—常规凸度工作辊辊形技术,不带窜辊;HVC—高效变凸度工作辊辊形技术;WRS—常规凸度工作辊辊形技术,通过周期窜辊,用于均匀轧辊磨损和窜辊行程内的小逆宽轧制;ATR—非对称工作辊辊形技术,用于带钢边部板形控制和窜辊行程范围外的逆宽轧制。
(3)适应自由规程轧制的新一代热轧数学模型。主要包括轧制模型差别化分档技术、设定模型的适应性技术、自学习模型的适应性技术、轧制头尾稳定性技术等。新一代数学模型保证了自由轧制中带钢质量的控制精度。
(4)自由规程轧制中的生产组织模式。主要包括多流合一物流生产组织模型、基于装备和工艺能力的轧制计划编排原则、生产计划动态编制和调整等。这种生产组织模式规范特定装备和工艺能力下的轧制自由度,保证自由规程轧制中的物流顺畅。
图3为一个典型的混合轧制单位内钢种及带钢宽度、厚度的变化情况。可以看出,整个单位内共轧制了166块带钢,轧制千米数为78 km,钢种强度在1~6级(屈服强度在195~500 MPa之间)内变化,宽度、厚度变化范围分别为1 215~1 612 mm、3.5~15.75 mm。表2为该轧制单位关键质量指标的情况,可以看出,尽管钢种、宽度和厚度频繁变化,但采用自由规程轧制后,带钢质量保持在较好水平。
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3 产品质量在线精准判定及分析技术
目前钢铁生产过程对于产品质量的判定多依靠人力离线进行,存在滞后时间长、对质量检测人员要求高等不足,导致批量质量事故经常发生,人员劳动强度也大。随着用户对产品个性化及质量需求的不断提高,加之市场竞争程度的加剧,这一形势越来越严峻[7]。为此,对产品质量实现在线判定有很大的需求。另产品质量需实现精准判定。若判定过于宽松,容易造成质量事故;若判定过于严格,则易造成质量过剩。
现有轧制生产过程中,计算机对质量判定大多基于命中率模式,这一模式越来越不被工业生产所认可,主要原因是存在如下缺陷:
(1)算法单一,信息量少。对于质量曲线,没有包含更多信息,如标准差、上下公差的容忍性、局部质量等问题,相同命中率之间的差异往往无法辨别。
(2)轧后实物质量与最终质量的非同步性。如在经历初始横向温差及层流冷却横向不均后,实际板形和轧后仪表检测具有较大的区别。
(3)阶跃式判定方法的粗犷性。以固定容差为方法的阶跃式判定方法具有粗犷性,容易造成容差附近的质量判定大相径庭。
(4)忽略不同流向、不同用户及客户之间的不同需求。产品的不同流向、不同用户具有不同的需求,质量的容差及质量判定方法应该具有独特性。
(5)缺乏全断面质量判断技术。现有的质量监控技术,特别是凸度、温度大多都集中在单一点,缺乏对断面质量的总体判定。
(6)缺乏实测数据的可靠性分析。对于实测数据,缺乏必要的可靠性分析,避免仪表检测误差或仪表噪点对质量判定的影响。
另外,计算机控制系统没能实现产品质量与主要工艺过程参数的相关性分析,或对生产过程中的工艺、质量参数进行在线分析,不能对存在的潜在质量问题提供预警信息,下游工序也不能提前进行参数的调整以避免质量事故的出现。一旦出现质量问题,往往是批量的质量事故,依靠工艺分析人员去反查数据,费时费力,且对工艺分析人员的素质要求高。
为此,建立面向轧制过程质量和健康状态的产品质量智能在线预警及精准判定平台非常重要。此平台的建立过程需解决以下问题:根据产品的不同类型和需求进行精准质量判定、质量问题的精准追溯以及质量问题的精准预防。
其中,精准质量判定模块是精准质量追溯和设备状态数字化评价及健康管理的基础。精准质量判定模块的定量化结果输出能够为精准质量追溯提供优质数据样本,为设备状态数字化评价及健康管理提供数据验证。用质量精准判定模块可以代替生产者对质量进行预判,并代替质检人员对质量进行再判定,同时,可以基于工艺标准,对质量进行定量化评价,在降低产品质量异议的同时,实现少人化甚至无人化的质量判定。精准质量判定模块的核心包括分类质量规则库、数字化质量评价方法、多样性工艺权值表、数据特征识别技术、规则机器学习等,如图4所示。
图5为热轧产品质量在线精准判定系统的结果画面。在此系统中,可实现对热轧板带厚度、温度、宽度、凸度、楔度、平坦度、不对称度等单项指标的判定,并依据不同品种、规格及下游去向对各类指标的不同要求给出综合的判定结果,实现了更加全面的质量在线判定和对下游工序的预警。
4 轧辊精准磨削及管理技术
目前,绝大部分钢铁企业磨辊车间均是实行一人操作一台磨床的作业模式。这种模式一方面需要配置较多的人员,另一方面因不同人员操作水平的差异性导致轧辊磨削的质量差异较大,无法适应目前高效、高质量要求的生产需求。另外,很多生产线的磨床虽配置有数控系统,但各磨床的磨削数据仅仅用于显示或部分数据可调用,很多与轧辊磨削相关的数据,如辊径、辊形等,还需依靠人工记录或纸质传递,信息化程度低,使得工艺管理或技术人员无法对磨削后的数据进行整理、分析,更无法建立不同厂商、不同材质、不同服役段的轧辊与产品质量、服役条件的关系模型,对于轧辊整个服役寿命无法做到精准管理。
轧辊精准磨削及管理技术包含3个层次的内容:
(1)轧辊磨削远程集中监控系统。通过新增远程键盘、视频和鼠标(KVM)、操作台、工业监控系统等方式,将每台磨床操作画面及按钮引到集中控制室。这样,可实现一人管理多台磨床,提高轧辊磨削质量,并可改善操作人员的工作环境。图6为轧辊磨削远程集中监控系统的网络拓扑结构。
(2)轧辊数据采集平台。对于轧辊磨削数据的采集,各个钢铁企业的现状相差较大。有些磨辊车间建立了三级管理系统,可实现轧辊数据往轧线三级或二级的传送;有些磨辊车间的信息化建设水平落后,轧辊数据仍依靠人工传递,且不能得到轧辊辊形(磨削后辊形、磨损后辊形)的具体测量数据,只能依靠屏幕拷贝得到图形化的数据,给后期的分析带来很大障碍。为此,需要考虑后期轧辊及质量分析和管理的需要,建立统一、规范的轧辊数据采集平台,采集的数据包括轧辊供应商、磨削、磨损以及轧制工艺参数等数据。
(3)轧辊数据智能分析及管理系统。轧辊相当于车床的刀具,对于被加工工件的质量有非常重要的影响。目前,对于轧辊的管理多集中在轧辊配对、轴承座装配、轧辊装配、封锁及报废等,对轧辊数据的分析仅仅集中在轧辊辊耗、服役周期、磨削效率等极少数指标方面,因此,建立轧辊数据与产品质量、生产事故的自动关联分析模型,更加有利于实现轧辊的精准管理和精准决策,为轧线应对日益增多的柔性轧制需求奠定基础。图7为已开发使用的轧辊集中管理系统的画面。
5 新一代轧制数学模型技术
轧制数学模型的精度是提高产品质量、实现稳定轧制的基础,也是实现智能制造的前提。通过开发新一代的成套数学模型,不仅可以提高产品的各项质量指标,而且可以在现有的设备、操作条件下提高机组新品种、新规格的轧制能力。
国内通过多年的努力,自主开发了成套的轧制数学模型,成功应用于莱钢1500、日钢1580、武钢1700、柳钢1450、重钢1780等热连轧生产线,并推广移植至西南不锈1450、诚德1620、鼎信1780不锈钢热连轧生产线及永杰1850、巨科1850、银海2850等宽幅铝合金热连轧生产线。在此基础上,针对薄板坯连铸连轧这种刚性生产线的工艺特点,开发了新一代轧制数学模型,满足多流、多品种规格交叉轧制的质量控制要求。采用新的数学模型后,系统控制精度得到显著提升,如图8所示,其中MAS为原外方数学模型的控制结果,PCS为新的数学模型的控制结果,THICK、TEXIT、TCS、CROWN、FLAT分别为厚度、精轧温度、卷取温度、凸度、平坦度质量指标[8]。
另外,原数学模型不能适应高牌号无取向硅钢生产,最薄只能轧制2.0 mm的厚度规格。运用新的数学模型所生产过的钢种和规格不但完全覆盖了CSP线常规品种,而且还开发了以前无法生产的产品,包括高牌号的无取向硅钢。在薄规格轧制方面,实现了SPA-H 1.5 mm×1 175 mm薄规格耐候钢的批量生产,产品质量及性能完全满足客户要求,且中间只需一次厚度规格过渡,另轧制1.2 mm×1 219 mm的薄规格产品时,整个穿带过程依然非常稳定。
新一代高精度的数学模型技术显著增加了生产线的高附加值产品生产能力,增加了生产线的柔性,并可为下游用户提供更多样的个性化产品。
6 结论
(1)钢铁工业实现智能制造是解决当前面临问题的有效途径。轧制过程实现精准控制,可提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量,为规模化的个性化定制生产奠定基础。
(2)板坯加热精准控制、自由规程轧制的板形精准控制、产品质量在线精准判定及分析、轧辊精准磨削及管理、新一代轧制数学模型均为智能轧制的关键技术,对实现全流程的钢铁智能制造至关重要。
参考文献
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轧制控制 第9篇
1 异型截面化工法兰轧制有限元模型的建立
本文选取一个内台阶截面化工法兰的径向轧制过程作为例子,建立了三维有限元模型。法兰径向轧制过程的原理为:以驱动辊为主动辊,作旋转轧制运动,芯辊为被动辊, 作直线进给运动,同时作从动的旋转轧制运动,法兰在摩擦力的作用下作从动的旋转运动;当法兰直径达到预定值时, 芯辊径向进给运动停止, 法兰轧制结束。两个导向辊从两侧抱住法兰, 对法兰起到定心、防振和归圆的作用。
轧制过程中应根据体积不变原则设计毛坯的结构和尺寸。为了得到较好的成形效果,轧制过程中法兰毛坯的结构应与成品的结构具有相似性[10],成品化工法兰的截面具有内台阶结构,因此毛坯的结构也设计成与成品一样的内台阶结构,并在轧制过程中保持台阶宽度和高度不变。本文设计的毛坯外半径R0为450 mm,内半径r0为300 mm,高度b0为200 mm,台阶宽度n为30 mm,台阶高度m为100 mm,法兰毛坯和成品的结构如图1所示。
在法兰轧制过程中,各个轧辊相对于法兰的变形可忽略不记,故假设所有轧辊为刚体,不发生变形。所选法兰材料为Q345钢,轧制温度范围为900～1100 ℃ ,由于整个轧制过程中温度变化较小,可忽略温度梯度的影响,根据经验选取轧辊与法兰的摩擦系数为0.3。其他轧制参数见表1,依据表1参数在ABAQUS平台上建立所得的三维有限元模型如图2所示。
2 导向辊的运动分析
在异型截面化工法兰实际轧制过程中,为保证成形过程的稳定性和法兰成品的质量,要使左右两个导向辊与法兰一直保持接触并对其施加一定的压力,而该压力又不致于过大而影响法兰的直径均匀变大,这就要求导向辊的运动与法兰直径增大的运动保持协调一致。在数值模拟中,为了简化建模过程,便于对导向辊运动轨迹的计算,根据实际情况对导向辊的运动方式进行了简化,即:导向辊随着法兰的长大以驱动辊后方固定一点O1为圆心作旋转运动,运动原理如图3所示。
简化后,根据导向辊与法兰之间的位置关系,可以求出任意时刻导向辊的运动轨迹,具体推导如下:
以驱动辊中心O为原点建立如图3所示直角坐标系,假设在t时刻,导向辊中心坐标为(Xt,Yt),根据图3中的几何关系有:
(Xt+L)2+Y
(Rt+R3)2-(R1+Rt-Xt)2=Y
式中:A——O1到驱动辊中心O的距离
RL——O1到导向辊中心的距离
Rt——轧制时刻t法兰的瞬时外半径
R3——导向辊工作半径
R1——驱动辊工作半径
将式(1)代入式(2),可以得到任意时刻导向辊中心坐标为:
上面(3)、(4)两式中,除法兰瞬时外径Rt以外的变量均为有限元建模过程中已知的常数。Rt是关于轧制时间t的函数,可根据塑性变形体积不变的条件求得,推导过程如下:
设法兰初始外半径为R0,内半径为r0,高度为b0,厚度为h0,内台阶宽度为m,高度为n。法兰初始厚度为:
h0=R0-r0 (5)
则初始的法兰体积为:
在法兰径向轧制过程中,芯辊的进给速度为v,法兰高度及内台阶尺寸均保持不变,在时刻t法兰的瞬时外半径为Rt,瞬时内半径为rt,此时法兰的壁厚为:
ht=Rt-rt=h0-vt (7)
时刻t法兰体积可表示为:
根据法兰轧制过程体积不变原理,可知:
V0=Vt (9)
根据以上几式可求出法兰瞬时外半径为:
联合上面式(3)、(4)、(10)就可求得任意轧制时刻t的导向辊坐标数据,可知它是一个关于轧制时间t的连续函数。
为了便于在有限元软件中控制导向辊的运动,可利用MATLAB 软件,将上述式子编制为程序,计算出一系列相等间隔的时间点所对应导向辊中心X坐标方向位移值、Y坐标方向位移值,然后将这一系列位移值导入ABAQUS软件的边界条件控制选项中,就可以实现对异型截面法兰径向轧制的导向辊控制。
根据本文所建立的方法,将表1中的轧制参数导入所编制的MATLAB程序中,可计算得到导向辊X、Y坐标方向的位移随时间的变化曲线如图4所示。
3 数值模拟结果
为了验证所推导的导向辊运动控制方程的可行性,利用ABAQUS软件分别建立不带导向辊和带导向辊的三维有限元模型进行对比,除导向辊外其他轧制参数均相同,分别进行20 s的径向轧制模拟,结果分析如下:
图5为不带导向辊轧制过程中不同时刻(t=2、7、12和17s)法兰变形应力分布云图,可以看出,不带导向辊轧制时,法兰将出现大幅度摆动,法兰中心与驱动辊和芯辊中心连线出现较大程度的偏离,随着轧制的进行,法兰的椭圆度迅速增加,最终法兰完全丧失圆度,轧制过程无法顺利完成。
图6为带导向辊轧制过程中不同时刻(t=3、9、15和19 s)法兰变形应力分布云图,由模拟结果可知,在该内台阶截面化工法兰径向轧制过程中,导向辊与法兰始终保持了良好的接触,法兰运动过程平稳,直径均匀增大,由于导向辊的定心作用,轧制过程中法兰瞬时圆心始终位于两轧辊中心连线附近,同时导向辊还具有保持法兰圆度的作用,这不仅保证了轧制过程的稳定进行,也在一定程度上抵消了法兰由于刚度减小而导致椭圆度不断增大的趋势。图7为模拟过程结束时最终得到的成品法兰应力分布云图,可以看出,成品法兰保持了较好的圆度,应力分布均匀,端面质量较好,台阶结构无明显缺陷,尺寸精度高,符合生产实际。
模拟结果验证了异型截面化工法兰轧制中导向辊运动控制规律的可行性,该研究结果可为其他大型法兰环件轧制中导向辊的运动控制提供参考。
4 结 论
(1)本文从异型截面法兰径向轧制原理出发,利用体积不变原则和简化的几何关系,建立了径向轧制过程中导向辊运动轨迹的计算方法。
(2)针对异型截面法兰径向轧制模拟中导向辊运动控制困难的特点,提出了利用MATLAB和ABAQUS协同仿真的方法来简化三维有限元模型的建立的方法。
(3)采用所建立的导向辊运动计算方法,建立了内台阶截面化工法兰径向轧制三维有限元模型,为进一步研究其他异型截面法兰环件轧制的导向辊控制提供了参考。
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孔型轧制生产线中推床的PLC控制 第10篇
孔型轧制工艺的特殊性(即将截面为方形的钢坯料,轧制成截面为圆形并符合工艺要求尺寸)决定了推床是孔型轧制生产线中必不可少的组成部分。可逆轧机的前后各设有一对推床,其基本功能是推动钢坯使其根据不同轧制规程需要对准主机的不同孔型,并在轧制过程中保证坯料能顺利通过轧机,防止顶钢现象。对于可逆孔型轧机,在不同道次的轧制过程中,若方形钢坯未能对准要求的轧机过孔,将使得钢坯截面形状错误,严重时导致钢坯表面出现轧制产生的压痕,最终导致钢坯扭转直至无法轧制。为保证钢坯在轧制过程中每道次能经过工艺要求的孔型轧制并且经轧制的钢坯截面形状正确,需控制推床同步及推床电机力矩。采用以速度闭环加位置PID调节的控制方案来实现机前机后推床的同步功能;以电机力矩曲线控制方案实现推床矫直及正常送钢功能。经某圆钢生产现场实际应用,效果满意。
1 系统的基本构成
在孔型轧制生产线中,推床主要用于移动轧件,使轧件对准轧辊孔型并顺利通过轧机,也可对轧件进行矫直。该现场推床设备机械布置如图1所示。
图1中,可逆轧机的前后各设有一对推床,布置在辊道的两侧,分别称之为机前传动侧推床、机前操作侧推床,机后传动侧推床、机后操作侧推床。机前、机后分别由独立的两部分组成,每部分推床设备由电机、制动器、同步装置、减速机、传动丝杆丝母、推床导板、框架和导向装置构成。此现场应用中每块推板由机械同步的2台电机驱动。
机械同步连接的2台电机一台安装有绝对值型编码器,另一台安装有增量式编码器。推床是通过控制推床导板后连接的驱动电机的旋转运动来实现控制推板进退直线方向运动的。
图2为该现场实际推床控制系统的PLC系统基本配置图。
图2中,推床的电机驱动部分采用德国西门子全数字调速装置SIMOREG-6RA70。PLC控制部分采用西门子公司的S7-400控制器,执行推床的速度给定、位置闭环以及同步控制运算。
S7-400控制器通过以太网与人机界面通讯,对推床数据进行清零、校准、显示等操作。控制器通过PROFIBUS DP通讯协议与传动全数字装置通讯,实现钢坯矫直,固定钢坯不产生扭转等功能,完成控制系统逻辑运算、机械设备保护;现场主操作台设有推板操作控制钮,此操作台也是通过PROFIBUS DP通讯协议与S7-400控制器通讯。
S7-400控制器系统通过绝对值编码器信号输入模板,将推床电机后的绝对值式编码器信号接入,经运算处理后可以用来检测推板实际位置,并参与推床同步调节及人机界面交互;S7-400控制器系统通过开关量模板将机械保护限位等信号接入控制系统,可控制推板的正常工作行程,防止推床超行程工作。
2 控制方案
推床在整个轧制过程中,尽管电机参数,机械设备结构,编码器类型均相同,全数字装置的速度给定相同,但是在机前带载机后不带载的工况下,机前机后推床必将存在明显不同步的现象,如果此时单侧的机前推床和机后推床同步性能很差,将无法保证钢坯能顺利进入轧机,也能产生顶钢现象;如推床在整个工作过程中无力矩控制极容易导致轧件产生扭转,也无法实现矫直功能,进而直接影响整块坯料轧制或成品质量。
2.1 推床同步控制方案
根据推床同步控制系统的特点,主要是保证机前机后推床的位置同步,现提出以机前推床位置值为基准,机后推床位置应用PID调节器控制的策略。机后推床同步控制系统框图如图3所示。
图3主要由4部分组成,其中Ⅰ为机后推床位置基准设定环节,Ⅱ为机后推床位置检测环节,Ⅲ为机后推床位置调节环节,Ⅳ为机后推床控制对象环节。
1)机后推床位置基准设定环节Ⅰ。
本环节中最终得出的结果值S1为机前推床的实际位置值。PLC控制器将机前推床绝对式编码器数值N1经函数变换器G进行变换,通过清零校准等处理得出推床实际位置值S1。
2)机后推床位置检测环节Ⅱ。
本环节中最终得出的结果值S2为机后推床实际位置值。PLC控制器采用与处理机前推床编码器相同的方式来处理机后推床绝对式编码器读数,经处理后的数据作为机后推床的实际位置值S2。
3)机后推床位置调节环节Ⅲ。
机前推床的基准值S1与S2进行比较。如果两信号完全相等,即S1=S2,则ΔS=0,不需要进行调节。否则,就用ΔS作为调节器的输入信号。
从整个系统的快速性方面来考虑,调节器需采用比例调节;从系统的精度方面考虑,调节器需采用积分环节,所以针对此系统特点选用了比例积分调节器。当机前机后推床位置出现偏差时,位置调节器输出信号产生变化,输出一个偏差信号v0,通过v0与机后推床实际速度给定量v1进行综合,用来改变机后推床的速度,最终消除机前机后位置差的产生。
4)机后推床控制对象环节Ⅳ。
推床位置变化是通过控制推床后电机速度变化实现的,速度给定公式如下:
v0=φ(ΔS)
v2=v1+v0
式中:v1为机前推床速度实际值;v2为机后推床速度给定; v0为PID控制器的输出;ΔS为机前机后推床位置差。
同步调节后实际工作波形如图4所示。PLC控制器将速度给定值v2传到速度控制装置SC中,并且推床驱动电机后所安装的增量式编码器信号直接输入传动全数字装置,从而实现电机速度的闭环控制。最终实现推床的位置同步功能。
2.2 推床力矩控制方案
在孔型轧制的整个过程中,因为换孔操作,矫直操作和轧件送入孔型都在机前操作,所以对于机前传动侧推板和操作侧推板在上述3种情况下所受到的力是不同的,因此要进行推板电机力矩大小的控制。图5为机前两侧推板电机力矩控制曲线。
图5中,M0为电机启动力矩,M1为带载时允许最小力矩,M2为带载时允许最大力矩,M3为矫直用电机力矩。设定推板从0到t1过程中推板空载运行,电机力矩给定为t时推床电机启动力矩给定;当t从t1到t2过程中,两推板与钢坯接触,为了使钢坯能向一侧移动对准孔型,所以此时一侧推床产生推力作用,另一侧推床产生阻力作用,力矩给定按照曲线所示M=β(x)函数给定(即基于模糊控制的电机转矩与推板受力的函数关系);当t到达t2时认为推床投入矫直功能,电机力矩给定为钢坯矫直时所需的电机力矩给定。由上述分析可以看出选择正确的力矩控制曲线也是推床控制的关键。
3 提高控制系统精度的方法
由上述论述可以看出,推板同步控制性能和电机力矩控制的好坏会直接影响现场轧制效果和成品合格率。保证推床同步控制的精度,主要依靠如下两方面因素。
1)绝对式编码器的选择。
绝对式编码器可产生一串数据链,为每个轴的位置提供独一无二的编码数字值。该应用现场选择了精度较高的绝对值式编码器。可使控制器直接读到推床丝杆绝对位置值,经函数运算等处理后参与系统同步控制。
2)推床同步调节器的设计。
选用同步调节器的目的是使系统响应时间短,精度高,所以如果正确选用了比例系数和积分时间,就能达到理想的效果。
4 结论
此推床控制系统方案已在项目中实际应用,控制效果优良。利用本方案后,推床的整个生产同步效果理想,系统整体响应时间也达到轧钢生产线自动生产的工艺要求。
本控制方案简单、实用、可靠性高。该控制方案的成功应用对轧钢厂新建推床系统或旧设备改造,以及其他有类似机械设备控制系统的应用,具有一定的参考价值。
摘要：根据孔型轧制生产线工作特点和工艺要求,推床控制的精度和响应速度直接影响生产及成品质量,因此推床控制极其重要。结合现场实际应用,通过运用速度闭环加位置PID调节器控制方案来实现机前机后推床的同步功能;通过力矩控制方案实现推床矫直及正常送钢功能。现场应用表明,推床经投入上述控制方案后系统性能优异,此方案完全可行。
关键词：机前推床,机后推床,同步控制,力矩控制
参考文献
[1]丁修堏.轧制过程自动化[M].第2版,北京:冶金工业出版社,2005.
轧制控制 第11篇
【摘 要】随着我国铁路建设跨越式发展，铁路交通现代化的步伐正日益加快，新造火车车辆已经快速增加。随着国内列车开始大规模提速，载重量增大，作为机车车辆关键部件的车轮产品，在列车运行中起承载以及制动等作用。从安全角度出发，铁道部门将在今后几年淘汰掉一大批在线服役的老国标车轮。同时国内新造机车车辆和引进高速列车的快速增加，加大了对车轮产品的需求。马钢车轮扩能改造一期工程虽然全面投入生产后，但是产品在国内市场仍然供不应求。在这种形势下，如何充分发挥车轮轧制的技术优势和生产优势，快速拉升产能，生产出更多的高品质车轮，是我们面临的一项重大挑战。
【关键词】1250车轮轧机；压力；夹钢
【中图分类号】TG335 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0035-01
我们针对 DRAW1250 车轮轧机在生产过程中出现的轧机夹钢现象（即车轮在轧制过程中无法旋转） 进行了分析，并着重将DRAW1250轧机轧制过程中的反馈数据进行了抽样分析，根据反馈数据中获得的各辊具压力、相对位置、激光测量装置反馈信息，直接与轧制过程中出现的夹钢现象关联对比，找出之间存在的相互关系。做到预防及解决轧机夹钢问题。
一、DRAW1250 立式轧机设备及生产工艺简介
DRAW 立式车轮轧机采用9 辊轧制模式（如图1），驱动轮坯旋转的主动辊为两个辐板辊，轮坯扩径通过主辊的给进来实现的，其余轧辊均为从动辊。
用于轧锻车轮的初始料坯是从铸造坯料或者连铸钢坯上切割下来的钢锭，钢锭的重量偏差根据工艺要求被严格控制。料坯放置到转底式加
热炉中加热到锻造温度，然后从炉中取出，经高压水去除氧化铁皮，然后在液压式锻压机内成型。锻压成型的料坯送入DRAW1250 车轮轧机后，轧制初始，两只辐板辊移向轮坯，构成第一个轧制区，紧接着主辊和两个斜辊都移向轮坯，主辊和两个辐板辊形成第二个轧制区，两个斜辊构成第三个轧制区。轮坯在轧制过程中通过挤压轮辋的金属使其达到轮坯扩径的目的。车轮轧机通过激光测量装置在线检测轮坯的实时直径，传输给控制系统。DRAW1250 轧机实行内径控制模式，轧机的内部控制系统通过将检测到的直径转换为内径判断轧制过程是否完成，同时轧制过程中各辊的相对运动也是通过此系统来实现的。
二、轧机夹钢原因分析
轧制过程中的夹钢现象可能出现在轧制初始阶段，也可能出现在轧制过程中和即将结束的阶段。在此，我们将根据其不同的阶段来分析出现的夹钢问题。
2.1针对轧制初始阶段夹钢的问题分析
轧制开始阶段出现的夹钢问题主要是成型后料坯的实际尺寸与轧机设置的来料参数不匹配造成。料坯在轧机中旋转起来是需要两个辐板辊与料坯产生足够的摩擦力，两个辐板辊与料坯的辐板部位相对接触不到或者接触很少都会造成这种现象。相反在辐板辊在开轧咬入过深，即辐板辊与料坯产生的摩擦力过大也会导致夹钢的结果。通过量具测量出成型后的辐板厚度，并以测量值来修改轧机里的来料辐板厚度数据，可以有效避免轧制初期夹钢的问题。
2.2轧制过程中出现的夹钢问题分析
a.在轧制的过程中，激光测量可能受到外界因素干扰，尤其是冷却水和风管位置偏离的状态下，而导致激光测量检测得到的数据出现偏差（图2），这些有偏差的数据会导致各个辊子发生位置上的变化，既而发生夹钢现象。
如上图，车轮轧机通过激光测量装置获得车轮的外径数据后，并通过内部设置的公式计算转化成内径。外径= 激光
测量点-（主辊位置+ 主辊半径） 辋厚= 辋厚偏移量- （主辊位置+ 主辊半径）内径= 外径- 2X辋厚。如果，激光测量点
的位置发生偏移或者变化，都会对其计算出的内径值产生影响。b.从图3轧制图形分析看出，轧机轧制过程中，左右斜辊的压力逐步升高（Fmax>45%），
意味着轧机设定的开轧间隙过大，当主辊减慢前进速度时，将钢挤住造成夹钢。
2.3轧制末期出现的夹钢问题分析
a.主辊的软限位设置的有问题，可能在轧制的过程中，因为没有轧制完成，而主辊的位置已经到达设置的软限位，导致的主辊不往前推进，无法完成轧制。
b.从下图4 轧制图形分析看出，在轧制过程的末期，下定心辊压力过大。（Fmax>70%） 意味着轧制过程设定的下定心辊终轧位置过高。
总之，在对DRAW1250 立式车轮轧机夹钢的上述分析中可以看出：1） 在轧制过程中出现的夹钢现象，通过检查轧制过程中各个相关图形参数可找寻出夹钢的具体原因。2） 轧机的来料参数，各辊的相对位置、及激光测量的外界干扰对轧制过程中出现夹钢问题有着直接的影响。
参考文献：
[1]何佳源，吴升帆. 1250轧机卷取机液压钳口故障诊断及技术改造[J].南方金属，2012，（2）.
[2]马俊松. 针对DRAW1250立式车轮轧机轧制夹钢的原因分析[J].科技风，2012，（24）.
轧制控制 第12篇
在中厚板的成材率损失中,切头尾损失约占总损耗的20% 以上,因此改变钢板平面形状,减少切损,可以有效提高中厚板成材率。国外学者从20世纪70年代开始进行相关控制方法的研究,相继开发出厚边展宽轧制( MAS轧制) 、薄边展宽轧制和狗骨轧制( DBR) 等平面形状控制方法,并成功应用于实际生产[1]。但采用这些技术时,要求轧制力要达到110 000 k N,液压缸行程不小于100 mm,液压压下速度达50 mm /s以上, 当轧机和液压系统等设备水平达不到要求时,很难实现控制。福建三钢集团有限责任公司中板厂现有设备水平较低,改造前在平面形状控制上未采取任何控制手段,产品成材率的提高进入了瓶颈期。为了改善钢板平面形状,三钢中板厂依靠自身力量,在狗骨轧制控制技术的基础上开发了哑铃形展宽末道次轧制法( 后简称哑铃形轧制法) 系统,在不增加硬件投入的情况下,通过软件改造实现相应控制功能。该系统于2013年成功投用后,产品成材率由93. 02% 提高到93. 67% 。
1工艺和配置
1.1工艺
中板厂最常用的是横纵轧制法,即先进行钢板延伸方向与原料纵轴方向垂直的横轧,再旋转90 ° 进行纵轧,直至完成工艺指标。 在布置了双机架( 粗轧、精轧) 轧机的中板厂中,横轧主要在粗轧阶段完成,以得到既定的轧制宽度为主要控制目的。受“体积不变条件”和“金属最小阻力定律”影响,横轧末道次( 即展宽末道次) 中间坯形状对钢板成品平面形状起到决定性的作用。
狗骨轧制法是日本钢管福山中厚板厂开发的一种钢板平面形状控制技术,该技术将预测的长度方向的平面形状变化量都补偿到宽度方向的厚度截面上,将轧件先轧成两边厚、中间薄的 “狗骨”形状,然后再沿坯料的长度方向一直作延伸轧制,直到轧出成品钢板。[2]
哑铃形轧制法在狗骨轧制法轧制原理的基础上进行改进,在粗轧轧制的展宽末道次使轧件的头部和尾部增加一段长度相等的等厚度“哑铃头”,用于弥补设备水平较低条件下存在的边部补偿不及时的问题。哑铃形轧制法轧制原理如图1所示。采用该方法轧制的成品板虽然无法取得理想的矩形形状,但通过边部的金属流动, 可以使成品板头尾呈鱼尾形[3],与未采用任何平面控制的传统轧制方法轧成的舌头形相比,该方法可以大幅减少钢板头尾的剪切量,提高成品成材率。
1.2系统配置
三钢中板厂配置双机架四辊可逆式轧机,其中粗轧机的实际轧制力为38 000 k N,带机前、机后转钢功能,配套AGC液压系统,液压缸行程为最大50 mm,液压压下最快速度为15 mm /s。
粗轧机的计算机控制系统分为4级: L0级, 实现电气、传动、仪表设备的控制与检测; L1级, 基础自动化系统,实现生产过程的监控和联锁控制,主要包括推床控制、辊道控制、主机控制、轧机AGC等; L2级,过程控制系统,实现轧制负荷分配、轧制规程设定和轧制过程中的自学习等; L3级,制造执行系统MES,实现轧件信息跟踪控制等功能。
基础自动化系统采用西门子Simatic TDC高性能控制器和S7-400 PLC,过程控制计算机为HP公司的Pro Liant ML570 G2 ,基础自动化、过程控制计算机和HMI之间通过工业以太网通信交换数据。设备和控制系统配置如图2所示。
2控制系统功能
为了实现哑铃形轧制,基于三钢中厚板轧机原设备和控制系统配置,在已有控制系统功能基础上进行设计和修改。
2.1已有功能
三钢中厚板轧机控制系统已有功能包含轧制规程自动设定、轧机自动摆辊缝、液压系统伺服控制、轧制过程液压厚度自动控制( HAGC) 、 匀速轧制等。
( 1) 轧制规程自动设定。根据坯料和成品的尺寸确定合理的轧制策略,按工艺要求、设备能力等因素配置每道次的最大压下量,做到各道次负荷均匀。该功能的模型算法在二级控制系统中计算实现。
( 2) 轧机自动摆辊缝。按照轧制规程设定的辊缝值,由电动压下电动机和AGC液压缸同时动作,在轧机咬入轧件前将辊缝摆到设定位置,辊缝控制精度在0. 01 mm以内。
( 3) 液压系统伺服控制。采用PID控制算法实现AGC液压系统随液压油柱设定高度与实际高度偏差值变化而调节的液压伺服闭环控制。
( 4) 轧制过程HAGC。根据轧件来料厚度、 温度、轧机机械和液压装置等外界条件的变化, 基于辊缝和轧制力的检测,使用模型计算出轧制过程中辊缝的调节量,利用AGC液压系统实现辊缝的动态调节,减小钢板的纵向厚差。
( 5) 匀速轧制。按照20 r /min速度咬钢、咬钢后提高到固定的40 r /min速度进行匀速轧制、 30 r / min速度抛钢的模型实现速度控制,并自动进行速度匹配。
2.2新增功能
哑铃形轧制法控制过程如图3所示。
Hb—哑铃形轧制法展宽末道次初始辊缝; H'b—传统轧; L1—头部厚度控制距离; L2—变厚度控制距离; L3—中间恒厚度控制距离; Hd— 恒厚度部分控制辊缝; L—展宽末道次轧后轧件长度; Δh—轧件压下厚度。
哑铃形轧制法具体的控制过程为: 根据轧件信息及辊缝设置信息预测展宽末道次轧件长度信息,根据钢板延伸比和展宽比计算压下位置和抬起位置。当轧件进入轧机时辊缝保持不变,根据轧件微跟踪位置信息,结合前滑值计算修正位置数据,当轧件运行到L1位置时,液压缸根据L2的值在给定时间内完成动作后保持辊缝位置,当轧件运行到L-L1-L2位置时,液压缸根据L2的值在给定时间内完成动作后保持辊缝位置直至轧件离开轧机。
为实现上述哑铃形轧制,需要增加前滑值计算修正、轧制过程变厚度控制、展宽末道次辊缝设置、HMI参数设定和报警显示、轧件微跟踪、轧制过程HAGC、相关保护联锁等功能。前述功能分别在L2和L1系统中实现。
2.2.1L2新增功能
( 1) 前滑值计算修正。轧制过程中轧件出口速度大于轧辊线速度,必须有准确的前滑值计算,才能计算得到针对各段长度的准确轧制时间,前滑值
式中: h为轧件的道次出口厚度; R为轧辊半径; r为轧制过程的压下率。
( 2) 轧制过程变厚度控制。在轧制过程中, 由二级模型根据最大压下速度、斜坡长度( 即L2段变厚度的斜坡量) 与设定厚度等参数,自动计算斜坡上各压下点的坐标作为变厚度控制分量, 并保证在宽度方向上对称压下。
( 3) 展宽末道次辊缝设置。传统轧制方法中展宽末道次的辊缝
式中: Bs为坯料宽度; Hs为坯料厚度; K为成品板宽度余量系数; Bf为成品宽度。
根据金属体积不变原理,哑铃形轧制法将展宽末道次的初始辊缝变更为:
( 4) HMI参数设定和 报警显示。在L2的HMI界面上增设哑铃形轧制法的参数设定窗口, 对在不同轧制情况下需要修改的参数( 包括前滑值、L1、L2、Δh等) 进行设定; 在HMI界面上增加相关报警信号和报警记录,提示相关人员及时修正错误。
2.2.2L1新增功能
( 1) 轧件微跟踪。根据咬钢信号、轧机实时线速度、咬钢时间、前滑值、成品宽度等参数,采用积分算法计算轧件的咬入距离以及尾部距离, 从而实现对轧件位置的微跟踪。其中咬钢信号由油压传感器产生的油压信号阶跃上升沿产生, 轧机实时线速度由主电动机编码器信号计算,咬钢时间自咬钢信号产生后由定时器计算,前滑值由L2提供,成品宽度由MES传送给L2后从L2读取。
( 2) 轧制过程HAGC。在轧制过 程HAGC控制中叠加哑铃形轧制法变厚度控制分量,该分量数值由L2提供,实现轧制过程中对不同位置轧件厚度的控制。哑铃形轧制法中沿轧制长度方向上各坐标点的厚度计算公式如下:
式中: l为沿末道次轧制长度方向上各坐标点与轧件头部的距离( 由微跟踪算法计算得来) 。
( 3) 相关保护联锁。在L1程序中实现液压油柱超限、压下量设置超限、跟踪数据异常等控制联锁,确保系统发生错误时产生保护动作。
3系统实现
哑铃形轧制法各控制系统与执行机构之间的控制逻辑如图4所示[4],其中PDI数据为L3物料跟踪数据,本轧制法主要使用该数据中当前轧件的坯料实际规格和计划成品规格等数据。
当坯料进入粗轧机时,粗轧机控制系统从L3接收坯料的PDI数据并自动设定轧制规程, 从规程设置状态中判断是否轧至展宽末道次。 在展宽末道次开轧前,根据PDI数据和展宽末道次辊缝规程计算出初始辊缝,由压下电动机和液压AGC系统联合自动摆辊缝至初始辊缝设定值。当油压传感器检测到咬钢信号时,锁定压下电动机动作,主电动机按照匀速轧钢算法控制轧制速度,根据主电动机的编码器信号、前滑修正算法对轧件咬入轧机的位置进行微跟踪,同时按照L2计算得到的变厚度控制值,对微跟踪得到的轧制长度方向上的不同坐标点实现HAGC和哑铃形轧制法叠加的变厚度控制,其叠加值转化为油柱高度设定,通过液压系统伺服控制实现动作。
4应用效果
2013年2 —5月,三钢中板厂将哑铃形轧制法分规格投入实际应用,与传统轧制法所轧中厚板成品实物对比如图5所示。可见,采用哑铃形轧制法可使成材率得到明显提升,具体见表1。
注: “提高成材率”以 2012 年的成材率 93. 02% 为基数统计得来。
哑铃形展宽末道次轧制法在未增加任何硬件配置的情况下,通过软件编程增加控制模型, 实现了控制效果,极大地改善了钢板平面形状, 提高了成材率,具有较强的推广价值。
摘要：为了改善中厚板成品的表面形状,减少剪切损耗,提高成材率,福建三钢集团有限责任公司中板厂依靠自身技术力量研发了一套哑铃形展宽末道次轧制法控制系统。在原有控制系统的基础上,新增前滑值计算修正、轧制过程变厚度控制、展宽末道次辊缝设置、轧件微跟踪、轧制过程液压厚度自动控制等功能。系统实际应用后,运行状况良好,板形满足工艺生产需要,成材率明显提高。
