首钢1420mm单机架冷轧机板形控制技术

  摘 要:介绍了首钢1420mm单机架冷轧机板形控制技术的特点和主要工艺参数,分析探讨了板形控制模型,特 征方程,控制手段与控制目标。

  首钢板材有限公司新建 1420mm 单机架冷轧机 组是为满足首钢产品结构调整而实施的,该机组位 于特钢公司西区厂区,与先期建设的 1750mm 单机 架冷轧机共用主厂房。该轧机设计年生产能力为 30 万吨,产品规格为:0.2-1.5×600-1250mm,其主导产 品为建材板,该轧机建设的目的是为首钢公司已 建的 1#热镀锌线#热镀锌线提供原 料基板。本机组是从日本三菱 - 日立公司引进的 UCM 六辊冷轧机组,也是当今世界最主流的冷轧 机机型之一,具有一系列的先进的技术与特点,本文 将对 1420mm 单机架冷轧机板形控制技术进行简 要介绍。

  UCM 轧机是一种六辊轧机,是在 HC 轧机基础 上发展起来的新一代冷轧机之一,其中间辊不仅能 轴向移动还设有正弯辊(见图 1):

  工作辊设有正负弯辊。它与六辊 CVC 轧机系 列的不同在于其中间辊与工作辊均为平辊,轧辊在 轧制过程中产生的弹性弯曲,是通过调整中间辊和 工作辊弯辊力得以补偿,而且,它相比于六辊 CVC 轧机要少一套中间辊负弯辊装置。六辊 CVC 轧机 其中间辊的轴向移动是为了改变辊缝形状,而 UCM 轧机是根据带钢的宽度,移动中间辊的轴向位置,从而调整轧辊之间的接触长度,消除有害接触,减少工作辊的弹性挠曲。首钢 1420mm UCM 冷轧机,具有以下一些特 点:

  1)板形优良,即便是轧制条件如:带钢宽度, 轧制负荷,压下率等在较大的范围内变化时,仅采 用一种工作辊初始凸度,就能获得优良的板形,产 品尺寸精度高,表面上的质量好。

  3)工作辊初始凸度不变,采用一种初始工作 辊凸度来满足所有轧制条件如:轧制负荷,带宽和压下率等,可减少轧辊备件数量,有利于磨辊,也

  4)操作简单便捷,容易实现稳定轧制,不会因轧 制负荷的变化而更换辊形不一样的轧辊。

  5)有利于改善边缘降和减少边部裂纹,通过 调整中间辊位置,可改善带钢边缘降和提高收得 率,而且因边部裂纹减少进而减少了断带故障的发 生。

  板形的要求也慢慢变得高。带钢拥有非常良好的板形不仅 仅是为了更好的提高产品质量,它对生产运行也具有重大 的意义。板形不好的带钢在轧制过程中会在宽度方 向产生不均匀的张力分布,而这会增加断带的可能 性。通过采用自动板形控制管理系统既可降低操作劳动 强度,减少断带事故发生,也可稳定轧制过程,改 善产品质量。

  板形自动控制就是借助板形检测设备和反馈控制管理系统使轧制带钢的板形尽可能的达到目标值。板形自动控制系统是基于板形数学模型来控制 的,轧制带钢的板形可近似的以数学公式或图形形 式表示,经过分析,可将板形相对于带钢宽度中心 分别归类为对称板形(W 型和 M 型) 和非对称板 形,对称板形部分与工作辊和中间辊的弯曲有关, 非对称板形部分则与轧机压下和轧辊调平有关。

  1420 mm UCM 冷轧机板形控制手段包括有:工作 辊正负弯辊,中间辊正弯辊和轴向移动,轧辊调平 及工作辊分段冷却控制,根据轧机前后设置的板形 测量辊测得的板形情况,通过数学模型调节各种板 形控制手段,1420mm 冷轧机板形自动控制管理系统配置 见图 2,各板形控制手段与控制目标见表 2。

  板形自动控制系统不仅要用函数显示所轧带 钢的板形特征,而且要显示轧机的控制特性,如果 两者用同样形式的方程来表征,则会使控制本身简 单些,而且具有更易于在两者模式间的校正如:实 际值与目标值之间的校正调节,因中间辊弯辊力

  (FI)导致的工作辊轴线的总偏移量可用二次函数 表示,而因工作辊弯辊力(Fw)导致的工作辊轴线 的总偏移量则即便是在辊径相等的情况下,也与所 轧带钢的宽度有关。不过,当只观察最后的带钢时, 就会发现不管带钢宽度如何?工作辊轴线的偏移 量与中间辊弯辊作用时一样,也可用二次函数表 示;因此,本轧机采用二次函数作为其板形控制系 统的评估模型。

  2)轧机板形控制特征方程式 轧制不一样的材料时,中间辊弯辊力(ΔFI),工作

  辊弯辊力(ΔFW)轧辊调平力(ΔFL)发生明显的变化时, 其板形也发生明显的变化(其压下变化量 ΔY 的分配)可 由以下方程式表示:

  X 带钢名义宽度 X0 工作辊弯曲点 实际板形控制中,考虑到”零辊缝”的偏移,需将

  上述板形控制方程做处理,并将其分解为对称分 量(ΔYs)和非对称分量(ΔYN)

  尤其是对于 其对称分量 分别与 A1ΔFI 和 A2ΔFW 有关,如图 3 所示,可将其分为 W 型、M 型、 边浪、中间浪。

  为了板形控制的简化与方便,1420mm 冷轧机将 所轧带钢的实际板形(ΔYC)用类似于轧机板形控制 特征方程式表示:

  C4 综合常数 X0 同(2)式 同理,如同(1)式,可将其分解为对称分量(ΔYCS)

  1420mm UCM 单机架冷轧机为越来越好的实现 板形控制,获得优良的板形,还配置了工作辊分段冷却模糊控制手段。沿工作辊长度方向配置与板形辊测量段数量相对应的乳化液喷嘴区,根据板形测量 结果,对工作辊的热膨胀进行冷却控制,从而对板 形进行更精细的调节。冷却控制设有死区,如果厚 度偏差在死区范围内,不喷射乳化液,避免喷嘴频 繁反复通断。

  模糊控制用于设备的实际调节控制时,需要利 用熟练的操作者所掌握的定性知识进行模糊推理. 包括:模糊化、模糊推理和反模糊化(也叫清晰化) 步骤。模糊控制示意图见图 4。

  在进行模糊推理时,采用诸如:“控制的偏差 量过大,就增加控制调节量”这样的定性知识。如 果带钢的板形偏差值为正,喷乳化液冷却轧辊以约 束其膨胀,这样,就可减少板形的偏差值,反之, 板形偏差值为负值,就停止喷乳化液直到轧辊因轧 制热膨胀,以减少板形的偏差值。这些,需要经验 的积累,例如,带钢板形偏差是随时间而增加的话, 说明喷乳化液冷却轧辊对板形控制具有调节功能, 因而,可通过冷却控制来控制板形偏差;反之,如 果板形偏差值跟着时间变化而减小,就需要关断乳化液的喷淋冷却。

  因为用于最终调节的检测信号和控制指令都 是定量的连续值,必须与定性信息保持一致。这是 在模糊化和反模糊化步骤完成的。在模糊化步骤

  中,用隶属函数决定一个连续值如何定性归类,适用程度用隶属度表示。在反模糊化步骤中,通过计 算加权平均值,将模糊量转化为精确值。

  张力监控 AGC,SMITH AGC 及加减速补偿控制 等,尤其是配置了具有三菱-日立专利技术的轧辊定1420mmUCM 单机架冷轧机具有比较先进的 板形控制管理系统,其板形控制模型较之连轧机系统要 简单些,即没考虑高阶函数部分,但其板形控制 能力还是比较强的,通过计算机控制管理系统加之配置 的自动辊缝控制 AGC 系统,包括:预计算控制系 统,绝对值 BISRA AGC,反馈 AGC,监控 AGC,位系统(HYROP-F),响应速度快,精度高。从而 为保证带钢的平直度,尺寸精度提供了条件。该套 机组平直度可控制在 6-10 I U 范围,(目前国内最先 进的冷连轧机平直度控制所达到的值为 5 I U),厚 度公差最好可达 5μm,可以完全满足建材板产品质 量的要求。