mm轧机AGC变刚度控制的研究.docx
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mm轧机AGC变刚度控制的研究
1880mm轧机AGC变刚度控制的研究
周兴泽
(宝钢分公司热轧厂)
摘要:
说明了变刚度控制的原理,并对涉及到的公式进行了详尽的推导;对1880mm轧线实际使用的变刚度控制方法进行比较深入的研究,分析了实际生产中对变刚度控制的影响因素和解决方法,并对如何进行参数设置进行了说明;对变刚度控制的特点进行了总结。
关键词:
变刚度控制;厚度计AGC;等效轧机刚度
0 引言
厚度精度是评价热轧带钢最主要的技术指标之一,因此实现带钢高厚度精度控制是精轧机组最重要的功能之一。
现代热轧机对厚度采用最常用也是最成熟的控制方法就是厚度计控制方式。
其基本原理就是弹跳方程:
h=S0+P/M
(1)
式中,h为轧机实际出口厚度;S0为辊缝预设值;P为实际轧制力;M为轧机刚度,其本质就是轧机产生单位弹跳量所需要的轧制力。
轧机刚度M在轧机牌坊制作安装完成以后就已经确定,是一个常值,无法修改,但是在实际的控制过程中,人们却希望轧机的刚度可变,比如为了消除轧辊偏心的影响,人们希望轧机的刚度尽可能的小,但为了消除来料厚度及材料温度变化的影响,又希望轧机刚度尽可能的大,因此产生了变刚度的控制方式。
1.变刚度控制的原理
假设预设辊缝值为S0,轧机的刚度系数为M,来料厚度为H0,此时轧制压力为P1,如图1所示。
则实际轧出厚度h1应为:
h1=S0+P1/M
(2)
当来料厚度或温度因某种原因有变化时,在轧制过程中必然会引起轧制压力和轧出厚度的变化,如果压力由P1变为P2,则轧出厚度h2为:
h2=S0+P2/M(3)
当轧制压力由P1变为P2时,则其轧出厚度的厚度偏差Δh正好等于压力差所引起的弹跳量为:
Δh=h2-h1=1/4(P2-P1)=1/MΔP(4)
为了消除此厚度偏差,可以通过调节液压缸的位置来补偿轧制力变化所引起的轧机弹跳变化量,此时液压缸所产生的轧辊位置修正量Δx,应与此弹跳变化量呈正比,方向相反,为:
Δx=-C1M/ΔP(5)
轧机经过此种补偿以后,带刚的轧出厚度偏差就不是Δh,而是变小了,变为:
Δh′=Δh-Δx=ΔP/M-CΔP/M=ΔP/[M/(1-C)]=ΔP/MC (6)
式中,Δh′为轧辊位置补偿之后的带钢轧出厚度偏差;C为轧辊位置补偿系数;MC为等效的轧机刚度系数;Δx为轧辊位置修正量。
此式就是轧机刚度可变控制的基本方程,由此可知,所谓轧机刚度可变控制,实质也就是改变轧辊位置补偿系数C,即改变MC。
液压AGC就是通过改变等效的轧机刚度系数MC,来实现变刚度控制的。
由于对于指定的轧机,其刚度系数M是一个常数,因此可作如下分析:
当C=1时,则MC=∞,Δh′=0,这就意味着轧机的弹跳量被100%补偿掉了,即不论来料轧制力如何变化,轧机都可以使带钢的实际轧出厚度达到所要求的尺寸,没有厚度偏差。
此时的等效轧机刚度称为超硬刚度,或叫超硬特性。
为了稳定起见,一般取C=0.8~0.9。
如果选择C=0.85,当ΔP/MC=1mm时,油缸位移为0.85mm,这就说明有85%的弹跳量被补偿掉了。
此时等效的轧机刚度系数为:
MC=M/(1-C)=M/(1-0.85)=M/0.15
若C=0,则轧机的等效刚度系数就等于轧机原来所固有的(或称为自然的)轧机刚度系数,此时的轧机刚度称为自然刚度,或叫自然特性。
当0<C<1时,其等效刚度系数称为硬刚度系数,或叫硬特性,一般C=0~0.8。
例如1880mm轧机,选择C=0.6,当ΔP/MC=1mm时,油缸位移0.6mm,这就说明有60%的弹跳量被补偿掉了。
当C<0时,其等效刚度系数称为软刚度系数,或叫软特性,一般C=-1.5~0。
例如,如果选择C=-0.53,当ΔP/MC=1mm时,油缸反方向移动0.53mm,这就说明弹跳不仅没有被补偿掉,反而增加了53%的弹跳量。
综合以上各种情况,可以得出轧机的4种刚度特性(见表1)。
刚度特性系数C等效轧机刚度
超硬特性C=1MC=∞
硬特性0<C<1MC>M
自然特性C=0MC=M
软特性C<0MC<M
通过以上的分析,可以清楚地看出,只要改变轧辊位置补偿系数C的数值,即可以达到轧机刚度可控的目的,这就是轧机刚度可控的原理。
2.1880mm轧机变刚度控制方式的分析
公式(5)、(6)可以变化为:
Δh=ΔP/[M/(1-C)]=(1-C)ΔP/M=αΔP/M (7)
式中,α是变刚度补偿系数。
因此在理论上只要在根据轧制力计算出轧机的弹跳以后,直接乘以一个修正系数就可以达到实现变刚度控制的目的。
但在实际的控制中,不但要考虑不同控制方式对变刚度的要求,还要考虑材料塑性系数和出口厚度的影响。
2.1 不同控制方式的影响
厚度计AGC的控制方式根据目标值给定不同,可以分为两种:
绝对值厚度计AGC和锁定值厚度计AGC。
锁定值AGC就是取带钢头部的厚度平均值作为控制的目标值,因为头部的厚度值也是通过厚度计方程计算出来,因此计算出来的厚度
直接乘以变刚度系数参与控制即可。
如图2所示,这是典型的PH图,从图中我们可以很容易获得:
ΔP=-ΔS[MQ/(M+Q)] (8)
同时,我们已知弹跳方程的微分形式为:
Δh=ΔS+[ΔP/MC] (9)
根据公式(8)、(9),我们可以获得:
ΔS=-M+Q /[M+(1-α)Q]Δh (10)
因此在锁定值AGC进行变刚度控制时,必须在带钢厚度与辊缝位置的转换公式中考虑变刚度系数的影响。
绝对值AGC的目标值来自L2,也就是说为了保证绝对值AGC的控制效果,必须保证L2预设的轧制力与实际偏差较小,但在实际的控制中,由于计算获得的轧制力不可能与实际的轧制力完全相符,因此如果按照计算的轧制力进行控制,必然难以保证控制的精度,因此1880mm轧线在调试时,通过实际轧制时获得数据进行分析,设置了一个权值,在计算轧机出口厚度时,除了依据
由实际测压头实测轧制力计算的弹跳量以外,还考虑了对设定轧制力的影响。
同时必须强调的是,使用绝对值AGC时,带刚厚度与辊缝位置转换公式中的α=1。
2.2 材料的影响
(1)塑性系数
带钢厚度控制的本质就是由轧机对带钢施以一定的轧制力,带钢本身产生塑性形变,同时由于带钢的变形抗力,轧机本身也产生一定的弹性形变,综合考虑所有的因素,最终保证带钢在轧机出口产生要求的目标厚度。
塑性系数就是对带钢的塑性形变的能力进行描述的一个参数,它与带钢所包含的元素以及温度关系最大。
当带钢的温度确定以后,其塑性形变的能力主要取决于钢种。
当带钢经过前工序的轧制,带钢的温度被控制在一定的范围以内,此时可以通过查表来获得带钢的塑性系数,不同的塑性系数所代表的变形抗力也是不同,因此对轧机的影响也不同,在实际使用中我们将带钢的塑性系数分为10个等级,针对不同的等级采取不同的变刚度系数,以保证厚度控制的高精度。
(2)出口厚度
带钢产生的变形抗力除了与带钢的塑性系数有关以外,还要取决于带钢的相对压下量。
当带钢的塑性系数一定时,带钢的相对压下量越大,那么带钢的变形抗力越大。
由于中间坯的厚度差别不是很大,可以认为带钢相对压下量主要取决于带钢的
实际出口厚度,因此可以根据带钢的出口厚度来对其进行分类。
1880mm精轧机将带钢的出口厚度分为4个等级,针对不同的厚度等级采取不同的修正系数,可以很好地适应不同出口厚度对轧机刚度的要求。
因此轧机的变刚度系数α=Kh·KQ,其中KQ是材料塑性系数的影响系数,Kh是带钢出口厚度的影响系数。
3.参数的确定方法
轧机的各变刚度参数都是在调试的过程中确定。
初始参数均设为1.0,首先调整塑性系数的影响系数(选取某一厚度范围为基础),然后再调整出口厚度的影响系数。
由于机架间带钢的出口厚度无法实际测量,因此需要计算带钢的出口厚度,公式如下:
S=SFBK-SOIL-SWRB-SSHF-SRH-S0(11)
式中,S为计算的出口厚度;SFBK为实际辊缝反馈值;SOIL为油膜补偿值;SWRB为弯辊补偿值;SSHF为窜辊补偿值;SRH为热膨胀补偿值;S0为零调辊缝值。
通过ODG(在线数据采集系统)来对厚度进行观察,当轧机轧制力变化比较平稳,而多块同钢种的厚度曲线均出现图3的情况。
可以说明带钢厚度在动作过程中变化比较频繁,当前使用的刚度偏小,此时就可以调小变刚度补偿系数α,来增大轧机的刚度。
每次可以按0.1的量值来调整。
通过调整此系数,保证在轧制力变化比较平稳时,带钢的出口厚度变化也比较小。
在确定好带钢塑性系数的影响参数以后,再根据带钢的厚度对带钢厚度影响参数进行调整,最终调整的效果如图4所示。
4 结论
(1)轧机的变刚度控制就是通过增加轧机刚度补偿系数来人为地改变轧机刚度,通过这种方式就可以满足前后机架对轧机不同刚度的需求。
(2)通过对带钢塑性系数以及出口厚度的分级,可以有效消除其对变刚度控制的影响,提高变刚度方式的控制效果。
(3)在进行变刚度控制时,需要考虑不同厚度计控制方式的影响。
(4)由于轧机的刚度是通过实际测量时来获得的,因此如果测量的不准确或由于计算公式的误差,就会影响带钢的厚度精度控制,通过轧机的变刚度系数就可以修改轧机的刚度,使其接近真实刚度,有利于提高带钢的厚度控制精度。
(注:
素材和资料部分来自网络,供参考。
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