СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СТАНОВ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ПОЛОС НА ОСНОВЕ УПРАВЛЕНИЯ ЕЕ ПРОФИЛЕМ И ПЛАНШЕТНОСТЬЮ

Отделочный стан можно считать "ключевым" оборудованием, которое необходимо реконструировать в первую очередь для того, чтобы получить высококлассную продукцию горячей прокаткой.

Реализация техники управления планшетностью и профилем (У 1111) полосы посредством сочетания модели управления процессом прокатки и соответствующей аппаратуры позволяет улучшить качество продукции по таким параметрам как толщина, профиль, завал кромок, планшетность и температура, а также гибкость производства и повысить производительность стана.

Считая, что УПП стана включает все параметры качества прокатанной полосы, в настоящей статье большее внимание уделено системам значительного изгиба и значительного перемещения рабочих валков в сочетании с математической моделью управления формой и профилем полосы. Программа работы над моделью профиля и планшетности полосы была начата в 1985 г. фирмами "Клесим—ИРСИД" и "Соллак". Основная модель и ее составные части, известные под названием СИД, были внедрены для управления профилем полосы (на основе оптимизации заданного изгиба рабочих валков) и для управления планшетности полосы (на основе оптимизации совместного изгиба и перемещения рабочих валков).

Применение моделей "вне производства" оказывается полезным при разработке новых режимов прокатки и/или при освоении новой продукции.

Тенденция заключается не только в увеличении выпуска продукции, но и значительном повышении качества каждого квадратного метра прокатанной стали.

Со своей программой комплексного улучшения качества продукции фирма "Клесим" не только отвечает за гарантии качества, но имеет хорошие возможности в соревновании XXI в., реконструируя прокатное оборудование.

Программа комплексного улучшения качества продукции фирмы ”КлесиМ’ в едином пакете собраны: высокие технологии в области производства механического и гидравлического оборудования, современный уровень оборудования для автоматизации и управления процессами, комплексный подход к технологическим "ноухау" и обучению персонала технологии и обслуживанию оборудования; чрезвычайная ответственность за конечные результаты (по срокам поставок, качеству и т.д.).

ПКУКПК применена на станах для горячей прокатки полос, а также на станах Стекеля (реверсивной горячей прокатки с моталками в печах). Для того, чтобы определить наиболее эффективное воздействие отделочного стана, провели многочисленное моделирование (по модели СИД) на нескольких станах горячей прокатки полос. Выполнили также моделирование управления толщиной полосы с целью оптимизации количества гидравлических нажимных винтов (рис. 2).

Гидравлическая система автоматизированного управления толщиной полосы (ГСАУТП) и гидравлические петлеобразователи: как минимум 3 или 4 последние клети отделочного стана должны быть оборудованы системой ГСАУТП. В 1984 г. стан горячей прокатки фирмы "Соллак" в Данкирке реконструировали в соответствии с результатами моделирования. Это привело к реконструкции в 1989 г. другого стана той же фирмы с установкой систем регулирования толщины полосы в клетях Ф5, Ф6 и Ф7. Система ГСАУТП — малоинерционна по времени (управляющее воздействие — через 50 мс) с одним единственным датчиком в центре цилиндра. При управлении толщиной прокатываемой полосы приняли во внимание необходимость согласованной работы с малоинерционным гидравлическим петлеобра зователем.

Изгиб рабочих валков. Система изгиба рабочих валков будет установлена на последних четырех клетях от Ф4 до Ф7. Усилие изгиба составит 240 т, что обеспечит хорошее качество полосы и заданную планшетность; диаметр рабочих валков от 680 до 775 мм. Эффективность изгиба валков возрастет с установкой системы перемещения валков в тех же клетях. Пример эффективности изгиба рабочих валков в клетях с Ф1 по Ф7 показан на рис.

3. При этом изгиб в клетях 4—7 и 1—7 соответствовал 31 и 50 мкм. Оба приема воздействия на рабочие валки основаны на стандартных конструкциях фирмы "Клесим".

Из приведенного примера видно, что схема воздействия на "4 клети" приводит к сокращению интервала величины мениска справа (от 5 до 36 мк), в то время как применение изгиба валков во всех 7 клетях дало интервал от 5 до 55 мк.

Достижение цели заданной планшетности обеспечено за счет предварительно рассчитанных с помощью модели СИД установки механизмов стана и последующей коррекции данных по измерению планшетности на входе в клеть Ф7. Результаты моделирования показали, что изгиб валков требуется только в двух последних клетях отделочного стана, а точность исполнения изгибающего усилия позволит получить качество полосы лучше, чем по стандарту VI.

Фирма приняла во внимание также и роль перемещения валков. Измерение планшетности выполнили лазерным методом с помощью 3 или 5 камер.

Перемещение рабочих валков. Для гибкого режима прокатки главным является уменьшение износа рабочих валков, который влияет на качество полосы. Перемещение рабочих валков обеспечивает получение лучшей кромки полосы, так как снижается критическая величина "ступеньки" на изношенной части валка. Систему перемещения валков применяют в последних 4 клетях.

Управление завалом кромок полосы. Завал кромок определяют по разности измерения толщины полосы на расстоянии 50 и 20—25 мм. Принцип управления завалом кромок основан на применении конических участков на краях валка; угол конусности ограничен, чтобы не получить дефекты по кромке. С увеличением длины рабочего валка увеличивается эффективность его изгиба вследствие увеличения плеча изгибающей силы и оптимальной конструкции изгибающих блоков, устанавливаемых в станине. Чтобы ограничить завал кромки менее 0,015 мм, рекомендовано устанавливать систему изгиба в клетях от Ф5 до Ф7. Величина перемещения валков выбирается так, чтобы управлять завалом кромок у полос во всем интервале их ширины и составляет ±250 мм. Такая система установлена на фирме "Соллак".?

Техника управления планшетностью и профилем полосы (УПП)

Этот метод годится как при строительстве новых станов, так и при реконструкции существующих, как для непрерывных станов, так и для станов с одной клетью.

Регулировочные блоки. Конструкция блока показана на рис. 4. Тобразные детали между зажимами рабочих валков и цилиндрами изгиба защищают их от попадания воды и окалины, а также от перегрузок во время перемещения валка. Изгибающее усилие создается 4 гидравлическими цилиндрами, воздействующими на каждый рабочий валок (рис. 5). Чтобы уравновесить рабочий валок при перемещении, предусмотрены две подсистемы, действующие

Конструкция силами Ф1 и Ф2. Поэтом^ изгибающее усилие будет воздействовать на ^подшипник все время по осевой линии (благоприятной для работы).

Устройство для перемещения рабочих валков. Каждый валок приводится в движение двумя горизонтальными гидроцилиндрами. Система смонтирована на приводной стороне стана. Ее основные преимущества: ограниченное число напряженных деталей, уменьшение „^количества подвижных клетей, надежные замки, свободный обзор для оператора. ПрИЙята во внимание доступность обслуживания устройства при остановке стана (рис. 6). Приспособление изгибающих блоков сделано так, чтобы избежать поставки новых направляющих и переделывать систему охлаждения валков.

Установка рабочих валков. Конструкцию тщательно выверили с позиций сбалансированной нагрузки на каждую деталь, особенно на подшипники: четырехрядные роликовые подшипники нагружены только вертикальным изгибающим усилием, а двухрядные упорные подшипники — только осевым.

Главный шпиндель универсальной конструкции, изготовленный фирмами "Клесим—Койо", представляет собой телескопический вал с вмонтированной внутри мощной пружиной, чтобы обеспечить его перемещение в соответствии с перемещением валка. Данная конструкция обладает следующими преимуществами: монолитная тяжелонагруженная конструкция, большой передаваемый крутящий момент, простота обслуживания, уменьшенные вибрации и повышенное качество полосы вследствие этого.

Автоматизированное управление профилем и планшетностью полосы при прокатке в отделочном стане

Установленная на стане модель СИД, разработанная ИРСИД и фирмами "Солак" и "Клесим", является физической моделью, которая была продемонстрирована в Дувеле в июне 1987 г. С помощью модели рассчитывают для каждой отделочной клети профиль рабочего валка, принимая во внимание влияние износа, термического расширения и механический прогиб. По данным о профиле рабочего валка и полосы рассчитывают мениск и планшетность полосы на входе в каждую отделочную клеть. Установленная на стане модель является самонастраивающейся как под воздействием исходных данных, сообщенных от оператора, так и от данных, поступающих от измерений профиля и формы полосы, р&6цоложе нных на выходе из стана — т.е. модель можно применять как для обработки данных, так и для модели рования процесса.

Профиль рабочего валка. Итоговый профиль рабочего валка получается вследствие наложения на исходный профиль, полученный после шлифовки, износа, тепловой деформации и механического прогиба, учитываемого коэффициентом сплющивания, полученного из теоретической модели (рис. 7).

Модель износа. После прокатки каждого рулона рассчитывают износ валков, учитывая параметры полосы, а также усилие прокатки и усилие изгиба для каждой клети. Валок разделяют на множество сечений и расчеты выполняют для каждого из них. Чтобы в точности учесть поведение стана при прокатке проверяют нарастание износа валка и подстраивают потом модель.

Модель тепловой деформации валка. Эта модель основана на конечноразностных соотношениях для множества сечений валка; учтено также влияние шеек валка.

Модель упругих деформаций. Модель, работающая на прокатном стане, получена из теоретической модели упругой деформации прокатной клети. Подмодель рассчитывает механический прогиб, учитывая следующие параметры: усилие прокатки, усилие изгиба рабочего валка, параметры прокатанной полосы, профиль рабочего валка, перемещение рабочего валка, профиль полосы на входе в стан. Вариант оперативной модели применен на стане для обсчета каждого рулона.

Модель мениска и планшетности полосы. Основные допущения модели:, материал несжимаем, неравномерность деформаций компенсируется на выходе из зева валков, дефекты планшетности лежат ниже некоторого предела, зависящего от геометрии полосы.

Неравномерность деформаций. В соответствии с тем, что исходный профиль полосы и профиль рабочего валка не идентичны, на выходе из зева валков образуется неравномерность деформаций в полосе (рис. 8). В результате этой неравномерности получается различное удлинение по ширине полосы на выходе из валков.

Вторичная деформация возникает в результате компенсация неравномерности деформаций на выходе из валков. При этом могут быть два случая. Неравномерность деформаций небольшая: в этом случае неравномерность деформаций компенсируется изменением профиля полосы (рис. 9). Неравномерность деформаций значительная: в этом случае неравномерность деформаций компенсируется как изменением профиля полосы, так и появлением дефектов планшетности (рис. 10).

Самонастраивающаяся модель. Эта модель была создана для оптимального применения основной модели на стане. Настроечными параметрами являются профили рабочих валков в каждой отделочной клети и величина мениска заготовки. Для коррекции используют: измерение мениска полосы, измерение планшетности, визуальные оценки планшетности, выполняемые оператором в межклетьевых пространствах. Во внимание принимают также непосредственную коррекцию оператора.

Автоматизированное управление

планшетносгъю (ЛУП). Модель СИД дополнили обратной связью данных о планшетности. Принцип. заключается в обратной связи с измерителем формы, чтобы воздействовать на систему изгиба валков в последней клети. Лазерный измеритель осуществляет это посредством оптической триангуляции. На выходе измерителя формы получают: удлинения каждого волокна (измерения по 3 или 5 волокнам, включая осевую линию полосы), оценку планшетности по шкале ИЮ. АУЛ включает систему установки изгиба рабочих валков и замкнутую систему управления формой полосы по данным от измерителя. Система изгиба рабочих валков реагирует, чтобы скорректировать усилие изгиба (от 10 до 50 т). Это воздействие накладывается на величину предварительно установленного усилия. Применяемый значительный изгиб валков позволяет прокатывать разнообразную продукцию, задавая различные усилия изгиба и различные корректирующие воздействия от управляющей системы в соответствии с режимами прокатки. При установке изгибающего усилия модель рассчитывает его величины для достижения следующих целей: ограничения по дефектам планшетности в последнем межклетьевом пространстве, заданная планшетность головного конца полосы, заданная величина мениска на головнЪм конце полосы. Подстройка "от заготовки к заготовке" выполняется для систем изгиба валков в двух последних клетях.

Регулирование планшетности в процессе прокатки: обратная связь системы управления предназначена для поддержания планшетности полосы в заданных значениях посредством регулирования изгибающего усилия в последней клети. Одновременно действуют две системы управления: следящая от измерителя формы и от датчика усилия прокатки. В следящей системе регулирование осуществляется в последней отделочной клети Ф7. Клеть Ф6 задействуют в том случае, если система изгиба клети Ф7 насыщена и если планшетность в последнем межклетьевом пространстве удовлетворительна.

Система связи с усилием прокатки: она корректирует эффект колебания усилия прокатки вследствие регулирования усилия изгиба рабочих валков в каждой клети.

Результаты: функции установки и регулирования были введены в новые компьютеры на станах в конце 1987 г. Установочные функции использовали в течение 85% времени работы, а функции регулирования в 90% (см. рис. 11). Эти функции опробовали на каждом виде прокатываемой продукции, после чего стали их применять на 100% с 1988 г. На рис. 11 приведены процентные данные по длине проката, где планшетность находится в пределах ±30 по шкале IU. Данные получены до растяжения проката в моталке (когда непланшет ность устраняется полностью). Рулоны асимметричной формы (менее 15 % от общего количества) в расчет не принимали.

Перераспределение износа валка при использовании устройства для его перемещения привели к тому, что обычный "ступенчатый" износ на поверхности валка значительно сократился, и износ распределен по длине бочки валка.

Применяют специальные режимы перемещения валков для каждого типа проката: после прокатки каждой полосы рассчитывают износ валков в каждой клети и выдают установку для перемещения валка.

Предсказание величины мениска дало также хорошие результаты. На рис. 12 показаны результаты сравнения экспериментальных измерений с расчетными данными.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 4, Москва 1994