Способ компенсации отклонения толщины прокатываемой полосы на реверсивном стане холодной прокатки
METHOD OF COMPENSATING THICKNESS DEVIATION OF ROLLED STRIP AT REVERSING COLD ROLLING MILL

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при холодной прокатке стальных полос на реверсивных станах. При прокатке полосы заданная толщина металла на выходе клети поддерживается с помощью системы автоматического регулирования толщины (САРТ). Наиболее трудными, с точки зрения регулирования толщины, являются участки полосы, на которых происходит изменение скорости прокатки. При повышении скорости коэффициент трения в очаге деформации снижается, что ведет к уменьшению толщины прокатываемого металла. Когда происходит снижение скорости, толщина полосы на выходе клети соответственно увеличивается. Данную проблему пытаются решить двумя способами: изменением параметров регуляторов толщины в зависимости от скорости или дополнительным воздействием на позицию гидронажимного устройства (ГНУ), учитывающим абсолютную скорость прокатки. В первом случае сложно скомпенсировать меняющиеся параметры объекта регулирования, и поэтому всегда присутствуют отклонения фактической прокатываемой толщины на выходе стана из-за неизбежного запаздывания. Во втором случае необходимо правильно рассчитать коррекцию для позиции гидронажимного устройства в функции скорости с учетом меняющихся условий прокатки.
Известен способ компенсации величины межвалкового зазора в зависимости от величины скорости прокатки эмпирическим методом (см. патент RU 2492946 C1, В21В 1/26, 2013 г.), где предлагается производить коррекцию величины межвалкового зазора по формуле
0
-3
S=S+k⋅10⋅V,
0
где S - межвалковый зазор, установленный на заправочной скорости, мм;
k=3,5÷5,5 - коэффициент пропорциональности, зависящий от степени наклепа полосы;
V - окружная скорость валков, м/с.
Меньшее значение коэффициента k относится к полосам с наклепом менее 55%, а большее - к полосам с наклепом более 75%. Автор патента предлагает примерный подбор коэффициента k в зависимости от наклепа полосы.
По нашему мнению, данная формула не учитывает широкий диапазон прокатываемых сортаментов сталей - от мягких углеродистых сталей до жестких электротехнических сталей. Кроме того, линейная функция от скорости не обеспечивает в полном объеме требуемой коррекции величины межвалкового зазора, да и сама величина зазора не является точной из-за отсутствия возможности ее измерения.
1
1
1
1
Чтобы исключить перечисленные выше недостатки, авторы решили изучить характер взаимосвязи между малым приростом скорости движения полосы на выходе клети и соответствующим ему приростом отклонения толщины прокатываемой полосы при неизменном усилии прокатки, т.е. Δh/ΔV при F=const, на разных скоростях движения полосы на выходе клети V. Исследования проводились на реверсивном стане холодной прокатки на различных материалах - углеродистой, динамной и трансформаторной сталях, - и на всех проходах. Данные сводились в таблицы, по которым затем получали графические зависимости Δh/ΔV=ƒ(V). На фигуре 1 показаны две кривые: измеренная и расчетная. Измеренная построена по табличным данным для динамной стали; кривые для остальных сортаментов отличаются лишь масштабом. Полученная зависимость ближе всего отвечает формуле
а
-k*х
у=*е,
или, если ввести свои аргументы,
а
По этой формуле и построена расчетная кривая на фигуре 1, где =0,4; k=0,01.
В этой формуле «а» и «k» - масштабирующие коэффициенты. Немного преобразовав формулу, получим:
Интегрируя эту формулу, находим отклонение толщины прокатываемой полосы от заданной на различных скоростях прокатки:
а
где С - некая константа. Поскольку она может быть любой величины, удобно принять С*k/=1, и тогда
В нашем случае, исходя из экспериментально полученных кривых, а=0,4 и k=0,01. График функции
представлен на фигуре 2 (толщина прокатываемой полосы измеряется в мкм, скорость движения полосы на выходе клети - в м/мин).
а
Для того чтобы эту функцию использовать в качестве коррекции для регулятора позиции ГНУ, вводим коэффициент А=/k и учитываем соотношение жесткостей системы «клеть - полоса». В этом случае формула коррекции позиции ГНУ будет выглядеть следующим образом:
m
где C - модуль жесткости полосы, кН/мм;
g
C - модуль жесткости клети, кН/мм;
1
V - скорость движения полосы на выходе клети, м/мин;
А - масштабирующий коэффициент коррекции для различных материалов: для углеродистой стали А=30, для динамной стали A=40, для трансформаторной стали A=120, мкм.
g
Под модулем жесткости клети C понимается усилие прокатки, вызывающее ее упругую линейную деформацию на 1 мм в направлении действия этого усилия.
Данная функция была реализована в системе управления реверсивного стана в Цехе динамных сталей ПАО «НЛМК» на базе программируемого контроллера SIMATIC FM-458.
Общая функциональная схема управления представлена на фигуре 3, где:
1 - реверсивная клеть;
2 - разматыватель (входная моталка);
3 - выходная моталка;
4 - измеритель скорости полосы на входе клети;
5 - измеритель скорости полосы на выходе клети;
6 - измеритель отклонения толщины полосы на входе клети;
7 - измеритель отклонения толщины полосы на выходе клети;
8 - гидронажимное устройство;
9 - регулятор позиции нажимного устройства;
10 - сумматор;
11 - система автоматического регулирования толщины;
12 - регулятор суммарного усилия;
13 - блок формирования уставки позиции ГНУ при начальном усилии;
14 - система расчета коррекции позиции ГНУ в зависимости от величины скорости движения полосы на выходе клети.
Используемые обозначения на схеме (фигура 3):
0
V - скорость движения полосы на входе клети, м/мин;
1
V - скорость движения полосы на выходе клети, м/мин;
зад
факт
F, F - заданное и фактическое усилия, кН;
1зад
h - заданная толщина прокатываемого металла, мм;
0
Δh - отклонение толщины полосы на входе клети, мкм;
1
Δh - отклонение толщины полосы на выходе клети, мкм;
m
C - модуль жесткости прокатываемого металла, кН/мм;
g
C - модуль (коэффициент) жесткости клети, кН/мм
зад
факт
S, S - заданная и фактическая позиции ГНУ, мкм.
Поддержание заданной выходной толщины прокатываемого металла осуществляется через изменение позиции гидронажимного устройства (8). На регулятор позиции (9) ГНУ поступают через сумматор (10) коррекция с САРТ (11), уставка позиции ГНУ при начальном усилии (13) и зависимая от скорости движения полосы на выходе клети коррекция позиции ГНУ (14).
Рассмотрим прокатку трансформаторной и углеродистой сталей на реверсивном стане без использования и с использованием предлагаемого способа коррекции позиции ГНУ в зависимости от скорости.
На разматыватель (входную моталку) устанавливается рулон горячекатаной травленой полосы. Передний конец полосы подается в клеть и далее заправляется на выходную моталку. После этого клеть сводится, создается ГНУ начальное усилие и начинается процесс прокатки стали с заданным, для данного прохода, значением толщины полосы на выходе стана. По завершении прохода прокатки, выбирается следующий проход, и процесс прокатки повторяется, но уже в обратном направлении. Смена проходов прокатки происходит до тех пор, пока не будет достигнута итоговая заданная выходная толщина стали. Величины обжатия и количество проходов определяются планом прокатки и зависят от марки стали, входной и заданной толщин металла. Интересующий нас скоростной режим прокатки разделен на три участка - разгон, рабочая скорость и торможение. Во время разгона и торможения, когда меняются условия прокатки, активно задействована зависимая от скорости движения полосы на выходе клети коррекция позиции ГНУ, что позволяет стабилизировать условия работы для регуляторов САРТ и тем самым получить высокое качество регулирования выходной прокатываемой толщины. Как правило, разгон стана осуществляется ступенчато, поэтому для наглядности, на фигурах приведены графики процессов торможения в конце проходов:
фигура 4 - прокатка трансформаторной стали без зависимой от скорости движения полосы на выходе клети коррекции позиции ГНУ. Показано снижение скорости прокатки трансформаторной стали с 400 м/мин до 0 м/мин в конце прохода 3;
фигура 5 - прокатка трансформаторной стали с зависимой от скорости движения полосы на выходе клети коррекцией позиции ГНУ. Также показано снижение скорости прокатки трансформаторной стали с 400 м/мин до 0 м/мин в конце прохода 3;
фигура 6 - прокатка углеродистой стали с коррекцией позиции ГНУ, зависимой от величины скорости движения полосы на выходе клети. Показан пример торможения реверсивного стана при прокатке углеродистой стали с 800 м/мин до 0 м/мин в конце прохода 4.
Комментарии к графикам (фигуры 4, 5, 6)
1. Критерием оценки качества коррекции позиции ГНУ в зависимости от величины скорости движения полосы на выходе клети является отклонение толщины полосы на выходе стана.
2. График реализованной формулы коррекции позиции ГНУ в зависимости от величины скорости движения полосы на выходе клети выделен красным цветом.
3. График скорости движения полосы на выходе клети совмещен с сигналом номера прохода (красного цвета).
m
g
4. О жесткости прокатываемой полосы можно судить по величине сигнала C/C (отношение жесткости полосы к жесткости клети).
5. Остальные графики (усилие прокатки, отклонение толщины полосы на входе клети, коррекции регуляторов толщины в микронах и изменение позиции ГНУ) приведены для общей информации.
6. Все коррекции позиции ГНУ от регуляторов толщины САРТ (по отклонению и по потоку масс) и коррекция позиции ГНУ, зависимая от величины скорости движения полосы на выходе клети, имеют направление воздействия: «+» - на разгрузку клети, «-» - на загрузку.
7. На представленных графиках видно, что на участке торможения стана без коррекции позиции ГНУ, зависимой от скорости движения полосы на выходе клети, происходит значительное отклонение толщины полосы на выходе клети (фигура 4), а на участках торможения с коррекцией позиции ГНУ, зависимой от скорости движения полосы на выходе клети, - отклонение толщины полосы на выходе клети остается таким же, как и при стабильной скорости прокатки (фигуры 5, 6).
Таким образом, реализация коррекции позиции ГНУ от величины скорости движения полосы на выходе клети дала хороший результат: отклонение толщины полосы на выходе клети и в статике, и в динамике поддерживается на одинаковом уровне на всех проходах прокатки и на любом сортаменте.