总第146期2005年第2期
河北冶金
Total 1462005, Numbe r 2
冷轧板厚度控制系统中的秒流量控制
张立静, 张 浩, 田 亮, 张 莉
1
2
3
1
(1. 唐山科技职业技术学院, 河北 唐山 063000; 2. 唐山钢铁公司 冷轧薄板厂, 河北 唐山 063000; 3. 唐山钢铁公司 计控处, 河北 唐山 063000)
摘要:在分析传统冷轧板厚度控制系统的基础上, 剖析了唐钢1650SMART -CROWN 单机架可逆冷轧机厚度控制技术秒流量自动厚度控制的原理。实际运行结果证明, 该方式对带钢出口厚度调控效果良好。关键词:冷轧板; 辊缝秒流量; 张力秒流量; 厚度偏差; 补偿值中图分类号:TG 333. 7 文献标识码:B
文章编号:1006-5008(2005) 02-0062-02
SECOND-FLOW CONTROL IN COLD-ROLLED
SHEET THICKNESS SY STEM
ZHANG Li-jing , ZHANG Hao , TIAN Liang , ZHANG Li
1
2
3
1
(1. Tangshan Vocational Institute of Science and Technology , Tangshan, Hebei, 063000; 2. Cold Rolling Sheet Plant, T ang s han Iron and Steel Company, Tangshan, Hebei, 063016; 3. Measure and Contro l D epartment, T ang shan Iron and Steel Company , Tangshan, Hebei, 063016)
Abs tract:Based on the analysis of traditional cold-rolled sheet thickness control system the principle of automatic second-flow thickness control of 1650SM ART-CROWN single stand reversing co ld-rolling mill is analyzed. Key Words:co ld-rolled sheet; second-flow at roll gap; second-flow for tension; tolerance of thickness; com pen sation value
1 前言
由于轧制产品尺寸精度的提高会产生巨大的经济效益, 使钢材应用部门连续化自动化作业迅猛发
展, 除要求钢材的性能均匀以外, 还要求高的钢材尺寸精度; 板带材用于冲制各种零部件时, 要求厚度精度高, 板形平直, 以利于提高冲模寿命和冲压件的精度; 冷轧板带具有良好的加工性和美观表面, 无疑使冷轧生产成为高精度板带材的主要生产方式。板带材的厚度偏差是冷轧板带最重要的尺寸精度指标之一, 厚度控制是高精度板带材生产的重要环节。
中国冷轧宽带钢的生产开始于1960年, 首先建立了1700mm 单机架可逆式轧机, 以后陆续投产了1200mm 单机架可逆式冷轧机, MKW1400mm 偏八辊轧机、1150mm 二十辊冷轧机和1250mm HC 单机架可逆式冷轧机等, 20世纪70年代投产了第一套1700mm 连续式五机架冷轧机, 1988年建立了2030mm 五机架全连续冷轧机。现在投入生产的宽带钢轧机有18套, 窄带钢轧机有418套, 冷轧薄板生产能力增加了20多倍, 生产装备技术水平已由只能生产低碳薄板发展到能生产高碳钢、合金钢、高合金钢、不锈耐热冷轧镀锌板、涂层钢板、塑料复合薄板和硅钢片等。随着经济建设的发展, 无论在数量和品种质量上都远远满足不了经济建设的需要。据预测至2005年冷轧宽带钢生产能力将达2995万t, 而表观消费量为4020万t, 自给率也只达71%。为此, 增建新轧机, 改造现有冷轧机, 大力发展冷轧生产已成必然。
收稿日期:2005-01-17
2 传统厚度控制
单机架或连轧机的第1机架厚度控制精度取决
于有载辊缝调控精度, 通常是计算出液压压下的设定值, 为此考虑到以下因素:轧制力作用下轧机的弹跳; 轧机升降速过程中支撑辊油膜轴承的油膜厚度变化; 轧制速度的变化对摩擦系数的影响; 轧辊的弹性压扁, 特别是轧制薄规格带钢时, 工作辊有可能互相接触; 弯辊力对轧制力的影响; 液压压下
位置对张力的影响; 液压压下系统摩擦滞后作用等。视机架状态而定, 不可能对上述诸多因素进行足够精确的计算, 因此一个起修正作用的监控控制对几乎所有的控制系统来说是必不可少的。通常厚度控制系统利用机架前后的测厚仪实行监控和预控, 采用速度环 张力环 压下环模式, 最终达到消除厚度偏差, 因此这种控制模式的精度直接受到上述因素的影响。
差得到补偿:(v I N + v IN ) (H + H ) =v O UT h
v IN H +v IN H + v IN ! H =v OUT h 由于 v IN 和 H 都很小, 忽略高次项 v I N ! H , 由(1) 式, 可得: v IN =-v IN H
(2)
通过此种方法将入口厚度偏差转换为速度修正值, 同时考虑到开卷机起调时间, 与通常张力控制方法一样, 调控轧机液压压下位置实现开卷机与轧机之间的张力调控, 为减轻张力调控的负担, 开卷机速度调控修正值与轧制力调控接通, 由厚度偏差近似计算接通量的大小。
(2) 控制方案的改进。唐钢1650SMART -CROWN 单机架可逆冷轧机于2003年引自奥钢联, 其电控部分由日本三菱重工完成。在板厚控制模块中也采用了秒流量控制模块, 该模块产生两部分控制信号:辊缝秒流量(GMF) 和张力秒流量(TMF) , 辊缝秒流量(GMF) 调节液压压下APC 控制辊缝, 张力秒流量(TMF) 调节开卷机自动速度调控系统CLC 控制前张力。在这个控制模式中, 机架前后各设一台X 射线测厚仪和一台激光测速仪(测量精度0. 05%) , 如图1所示为辊缝秒流量
3 秒流量自动厚度控制
(1) 秒流量自动厚度控制原理。与传统的AGC 不同, Mass Flow AGC 根据秒流量相等原理, 将传统AGC 多变量控制变成速度控制, 只要使带钢入口和出口秒流量始终保持相等, 自动速度控制环精度越高, 出口厚度偏差就越小。
如果变形区内宽展忽略不计, 根据秒流量相等可得:
v IN H =v OUT h
式中:v I N 入口速度;
H 入口厚度; v O UT 出口速度; h 出口厚度。
如果带钢入口厚度H 与设定值H 存在偏差 H , 可以设定入口速度一个修正值 v IN , 使得出口厚度偏
*
(1)
AGC
控制框图。
图1 辊缝秒流量AGC (GMF) 控制框图
由图1可以看出, 系统的控制信号并非带钢入口厚度增量 H , 而采用的是出口厚度增量 h 。∀出口厚差算法。由流量方程式(1) , 若有来
#
料厚度增量 H , 则必有出口厚度增量 h , 即
v IN (H + H ) =v O UT (h + h )
#
*
#
式中:H 入口厚度设定值;
H
*
#
目标出口厚度。
#
则可得出: h =
v IN **
(H + H ) -h v O UT
(3)
(下转第11页)
彩涂板的表面质量提出了越来越高的要求, 特别是家电和汽车用板, 所以很多新建的生产高级产品的彩涂生产线趋向于采用感应固化炉。另外, 粉末云
加热机理
热风固化炉感应固化炉红外线固化炉
用循环热风(最高温度450∃) 吹拂涂层表面, 热量从外向内渗透, 使带钢升温到220∃
通过电磁涡流感应加热钢带, 同时辅以温风(最高温度200∃) 吹拂涂层表面, 使带钢升温到220∃
利用电磁波辐射涂层加热, 同时辅以温风(最高温度200∃) 吹拂涂层表面, 使带钢升温到220∃
固化时间 s
60
涂层生产线采用感应固化方式, 红外线固化炉使用较少。
表1 涂层固化方式比较
涂层性能涂层性能较好,
但固化炉惯性较大, 不易控制涂层均匀, 表面质量好
温风可防止脏物粘附在涂层表面, 涂层质量好
设备投资
低
运行费用
低
特点炉子比较长, 一般分4段或5段加热
占地小, 金属加热峰值高, 尤其适用于粉末涂层炉程短, 占地小, 适用于场地小的生产线
35中较高
35高高
除此以外, 还有一种特殊的固化工艺 电子束辐射固化技术(EBC) , 以大电流低能电子加速器产生的电子束辐射诱导特殊的卷材涂料在常温瞬间固化。其涂料的配方不同于一般的卷材涂料, 是由预聚物、活性单体及其它助剂组成, 当电子束轰击时可以常温瞬间100%成膜。目前仅有新日铁能以此技术生产家电彩板。
3. 4 废气焚烧系统
在涂料涂敷和烘烤过程中都会有溶剂挥发出来
(上接第63页)
产生废气, 最后集中在固化炉内。因为有机溶剂是一种有毒物质, 不能直接排放到大气中, 并且有机溶济可以燃烧, 可产生大量热能, 所以彩涂生产线专门设立焚烧炉系统对废气进行焚烧, 焚烧过程中产生的热气通过热交换器加热清洁空气或水, 节约能源。根据废气助燃方式的不同, 废气焚烧系统大致可分为三种形式:明火焚烧系统, 触媒化解废气系统, 蓄热式焚烧系统。
(未完待续)
(3) 张力秒流量(TMF) 。由秒流量控制原理, 若有带钢出口速度增量 v , 必有 h , 即
(v IN + v I N ) H =v OUT (h + h ) v IN H + v IN H =v O UT h +v O UT h v I N =v OU T 取增量式, 令 v =
%
*
同时考虑流量方程计算得到的出口厚度与实际
轧件出口厚度的差值, 引入了厚度偏差补偿值h OFFS ET , 用这个微小差值作为补偿控制量。
入口测厚仪测得的来料厚度H , 根据流量方程式(1) 计算出口厚度h 为:
h =v I N H v OUT
跟踪到出口测厚仪, 根据出口测厚仪实测的出口厚度, 得到厚度偏差补偿值:h OFFS ET =h -h (4)
合并(3) 和(4) 即得 h : h = h +h O FFS ET
=
v I N **
(H + H ) -h +h OFFSET
v OUT
(5)
#
%
%
H
v IN
, 则v I N v O UT v OUT
=h H
v =
*
&辊缝秒流量(GMF) 。当轧制力恒定时, 由厚度方程 S =-(GMF)输出信号:
S =-K M +Q
G GMF h K M
(6)
K M +Q
h , 可得辊缝秒流量K M
则张力秒流量(TMF) 调节信号为:
* v =- G GMF h (7)
h v IN **
同样有: h = (H + H ) -h +h OFFSET
v OUT 式中:G TMF 张力秒流量(TMF) 调节增益。
唐钢1650SMART-CROWN 单机架可逆冷轧机采用秒流量控制后带钢出口厚度偏差大大减少。
式中:K M 轧机弹性模量;
Q 轧件弹性模量;
G GMF 辊缝流量(GMF) 调节增益。
4 结语
实际运行结果表明:秒流量自动厚度控制效果良好, 带钢出口厚度精度明显提高, 系统性能稳定。
总第146期2005年第2期
河北冶金
Total 1462005, Numbe r 2
冷轧板厚度控制系统中的秒流量控制
张立静, 张 浩, 田 亮, 张 莉
1
2
3
1
(1. 唐山科技职业技术学院, 河北 唐山 063000; 2. 唐山钢铁公司 冷轧薄板厂, 河北 唐山 063000; 3. 唐山钢铁公司 计控处, 河北 唐山 063000)
摘要:在分析传统冷轧板厚度控制系统的基础上, 剖析了唐钢1650SMART -CROWN 单机架可逆冷轧机厚度控制技术秒流量自动厚度控制的原理。实际运行结果证明, 该方式对带钢出口厚度调控效果良好。关键词:冷轧板; 辊缝秒流量; 张力秒流量; 厚度偏差; 补偿值中图分类号:TG 333. 7 文献标识码:B
文章编号:1006-5008(2005) 02-0062-02
SECOND-FLOW CONTROL IN COLD-ROLLED
SHEET THICKNESS SY STEM
ZHANG Li-jing , ZHANG Hao , TIAN Liang , ZHANG Li
1
2
3
1
(1. Tangshan Vocational Institute of Science and Technology , Tangshan, Hebei, 063000; 2. Cold Rolling Sheet Plant, T ang s han Iron and Steel Company, Tangshan, Hebei, 063016; 3. Measure and Contro l D epartment, T ang shan Iron and Steel Company , Tangshan, Hebei, 063016)
Abs tract:Based on the analysis of traditional cold-rolled sheet thickness control system the principle of automatic second-flow thickness control of 1650SM ART-CROWN single stand reversing co ld-rolling mill is analyzed. Key Words:co ld-rolled sheet; second-flow at roll gap; second-flow for tension; tolerance of thickness; com pen sation value
1 前言
由于轧制产品尺寸精度的提高会产生巨大的经济效益, 使钢材应用部门连续化自动化作业迅猛发
展, 除要求钢材的性能均匀以外, 还要求高的钢材尺寸精度; 板带材用于冲制各种零部件时, 要求厚度精度高, 板形平直, 以利于提高冲模寿命和冲压件的精度; 冷轧板带具有良好的加工性和美观表面, 无疑使冷轧生产成为高精度板带材的主要生产方式。板带材的厚度偏差是冷轧板带最重要的尺寸精度指标之一, 厚度控制是高精度板带材生产的重要环节。
中国冷轧宽带钢的生产开始于1960年, 首先建立了1700mm 单机架可逆式轧机, 以后陆续投产了1200mm 单机架可逆式冷轧机, MKW1400mm 偏八辊轧机、1150mm 二十辊冷轧机和1250mm HC 单机架可逆式冷轧机等, 20世纪70年代投产了第一套1700mm 连续式五机架冷轧机, 1988年建立了2030mm 五机架全连续冷轧机。现在投入生产的宽带钢轧机有18套, 窄带钢轧机有418套, 冷轧薄板生产能力增加了20多倍, 生产装备技术水平已由只能生产低碳薄板发展到能生产高碳钢、合金钢、高合金钢、不锈耐热冷轧镀锌板、涂层钢板、塑料复合薄板和硅钢片等。随着经济建设的发展, 无论在数量和品种质量上都远远满足不了经济建设的需要。据预测至2005年冷轧宽带钢生产能力将达2995万t, 而表观消费量为4020万t, 自给率也只达71%。为此, 增建新轧机, 改造现有冷轧机, 大力发展冷轧生产已成必然。
收稿日期:2005-01-17
2 传统厚度控制
单机架或连轧机的第1机架厚度控制精度取决
于有载辊缝调控精度, 通常是计算出液压压下的设定值, 为此考虑到以下因素:轧制力作用下轧机的弹跳; 轧机升降速过程中支撑辊油膜轴承的油膜厚度变化; 轧制速度的变化对摩擦系数的影响; 轧辊的弹性压扁, 特别是轧制薄规格带钢时, 工作辊有可能互相接触; 弯辊力对轧制力的影响; 液压压下
位置对张力的影响; 液压压下系统摩擦滞后作用等。视机架状态而定, 不可能对上述诸多因素进行足够精确的计算, 因此一个起修正作用的监控控制对几乎所有的控制系统来说是必不可少的。通常厚度控制系统利用机架前后的测厚仪实行监控和预控, 采用速度环 张力环 压下环模式, 最终达到消除厚度偏差, 因此这种控制模式的精度直接受到上述因素的影响。
差得到补偿:(v I N + v IN ) (H + H ) =v O UT h
v IN H +v IN H + v IN ! H =v OUT h 由于 v IN 和 H 都很小, 忽略高次项 v I N ! H , 由(1) 式, 可得: v IN =-v IN H
(2)
通过此种方法将入口厚度偏差转换为速度修正值, 同时考虑到开卷机起调时间, 与通常张力控制方法一样, 调控轧机液压压下位置实现开卷机与轧机之间的张力调控, 为减轻张力调控的负担, 开卷机速度调控修正值与轧制力调控接通, 由厚度偏差近似计算接通量的大小。
(2) 控制方案的改进。唐钢1650SMART -CROWN 单机架可逆冷轧机于2003年引自奥钢联, 其电控部分由日本三菱重工完成。在板厚控制模块中也采用了秒流量控制模块, 该模块产生两部分控制信号:辊缝秒流量(GMF) 和张力秒流量(TMF) , 辊缝秒流量(GMF) 调节液压压下APC 控制辊缝, 张力秒流量(TMF) 调节开卷机自动速度调控系统CLC 控制前张力。在这个控制模式中, 机架前后各设一台X 射线测厚仪和一台激光测速仪(测量精度0. 05%) , 如图1所示为辊缝秒流量
3 秒流量自动厚度控制
(1) 秒流量自动厚度控制原理。与传统的AGC 不同, Mass Flow AGC 根据秒流量相等原理, 将传统AGC 多变量控制变成速度控制, 只要使带钢入口和出口秒流量始终保持相等, 自动速度控制环精度越高, 出口厚度偏差就越小。
如果变形区内宽展忽略不计, 根据秒流量相等可得:
v IN H =v OUT h
式中:v I N 入口速度;
H 入口厚度; v O UT 出口速度; h 出口厚度。
如果带钢入口厚度H 与设定值H 存在偏差 H , 可以设定入口速度一个修正值 v IN , 使得出口厚度偏
*
(1)
AGC
控制框图。
图1 辊缝秒流量AGC (GMF) 控制框图
由图1可以看出, 系统的控制信号并非带钢入口厚度增量 H , 而采用的是出口厚度增量 h 。∀出口厚差算法。由流量方程式(1) , 若有来
#
料厚度增量 H , 则必有出口厚度增量 h , 即
v IN (H + H ) =v O UT (h + h )
#
*
#
式中:H 入口厚度设定值;
H
*
#
目标出口厚度。
#
则可得出: h =
v IN **
(H + H ) -h v O UT
(3)
(下转第11页)
彩涂板的表面质量提出了越来越高的要求, 特别是家电和汽车用板, 所以很多新建的生产高级产品的彩涂生产线趋向于采用感应固化炉。另外, 粉末云
加热机理
热风固化炉感应固化炉红外线固化炉
用循环热风(最高温度450∃) 吹拂涂层表面, 热量从外向内渗透, 使带钢升温到220∃
通过电磁涡流感应加热钢带, 同时辅以温风(最高温度200∃) 吹拂涂层表面, 使带钢升温到220∃
利用电磁波辐射涂层加热, 同时辅以温风(最高温度200∃) 吹拂涂层表面, 使带钢升温到220∃
固化时间 s
60
涂层生产线采用感应固化方式, 红外线固化炉使用较少。
表1 涂层固化方式比较
涂层性能涂层性能较好,
但固化炉惯性较大, 不易控制涂层均匀, 表面质量好
温风可防止脏物粘附在涂层表面, 涂层质量好
设备投资
低
运行费用
低
特点炉子比较长, 一般分4段或5段加热
占地小, 金属加热峰值高, 尤其适用于粉末涂层炉程短, 占地小, 适用于场地小的生产线
35中较高
35高高
除此以外, 还有一种特殊的固化工艺 电子束辐射固化技术(EBC) , 以大电流低能电子加速器产生的电子束辐射诱导特殊的卷材涂料在常温瞬间固化。其涂料的配方不同于一般的卷材涂料, 是由预聚物、活性单体及其它助剂组成, 当电子束轰击时可以常温瞬间100%成膜。目前仅有新日铁能以此技术生产家电彩板。
3. 4 废气焚烧系统
在涂料涂敷和烘烤过程中都会有溶剂挥发出来
(上接第63页)
产生废气, 最后集中在固化炉内。因为有机溶剂是一种有毒物质, 不能直接排放到大气中, 并且有机溶济可以燃烧, 可产生大量热能, 所以彩涂生产线专门设立焚烧炉系统对废气进行焚烧, 焚烧过程中产生的热气通过热交换器加热清洁空气或水, 节约能源。根据废气助燃方式的不同, 废气焚烧系统大致可分为三种形式:明火焚烧系统, 触媒化解废气系统, 蓄热式焚烧系统。
(未完待续)
(3) 张力秒流量(TMF) 。由秒流量控制原理, 若有带钢出口速度增量 v , 必有 h , 即
(v IN + v I N ) H =v OUT (h + h ) v IN H + v IN H =v O UT h +v O UT h v I N =v OU T 取增量式, 令 v =
%
*
同时考虑流量方程计算得到的出口厚度与实际
轧件出口厚度的差值, 引入了厚度偏差补偿值h OFFS ET , 用这个微小差值作为补偿控制量。
入口测厚仪测得的来料厚度H , 根据流量方程式(1) 计算出口厚度h 为:
h =v I N H v OUT
跟踪到出口测厚仪, 根据出口测厚仪实测的出口厚度, 得到厚度偏差补偿值:h OFFS ET =h -h (4)
合并(3) 和(4) 即得 h : h = h +h O FFS ET
=
v I N **
(H + H ) -h +h OFFSET
v OUT
(5)
#
%
%
H
v IN
, 则v I N v O UT v OUT
=h H
v =
*
&辊缝秒流量(GMF) 。当轧制力恒定时, 由厚度方程 S =-(GMF)输出信号:
S =-K M +Q
G GMF h K M
(6)
K M +Q
h , 可得辊缝秒流量K M
则张力秒流量(TMF) 调节信号为:
* v =- G GMF h (7)
h v IN **
同样有: h = (H + H ) -h +h OFFSET
v OUT 式中:G TMF 张力秒流量(TMF) 调节增益。
唐钢1650SMART-CROWN 单机架可逆冷轧机采用秒流量控制后带钢出口厚度偏差大大减少。
式中:K M 轧机弹性模量;
Q 轧件弹性模量;
G GMF 辊缝流量(GMF) 调节增益。
4 结语
实际运行结果表明:秒流量自动厚度控制效果良好, 带钢出口厚度精度明显提高, 系统性能稳定。