Система автоматического регулирования плоскостности полос в процессе прокатки.

Стабильность процесса холодной прокатки и плоскостность полос зависят от оснащенности станов средствами контроля и регулирования плоскостности, от диапазонов изменения регулиру­ющих воздействий.

При холодной прокатке, характеризующейся высокими уров­нями натяжения полосы, используются методы контроля плоско­стности, основанные на косвенной оценке неравномерности удель­ных натяжений. Достоинство таких методов — возможность контроля качества полосы до возникновения видимой неплоскостности [15].

Контрольно-измерительная аппаратура широко применяется при регу­лировании плоскостности на станах холодной прокатки. В качестве регулирующих органов применяются раз­нообразные средства и приемы — основные из них: отклоняющий ролик с регулируемой формой образующей, который устанавли­вают после последней клети или перед любой клетью непрерыв­ного стана; осевое перемещение промежуточных валков (пяти- и шестивалковые клети); валковые системы с регулируемой выпук­лостью бочек; гидроизгиб валков; перекос валков в вертикальной и горизонтальной плоскостях; тепловое профилирование валков посредством дифференцированной подачи охлаждающей эмуль­сии; тепловое воздействие на полосу с различной интенсивностью по ширине; рассогласование скоростей валков; осевое смещение рабочих валков; различного вида станочные профилировки вал­ков; изменение шероховатости валков по длине бочки; колебание полосы в горизонтальной плоскости в процессе прокатки [15]. На рисунке 6 представлена схема системы автоматического регулирования плоскостности полос в последней клети стана холодной прокатки. На рисунке 7 пока заны основные функции, которые включают подсистемы регулирования и сбора информации в последней клети.

Рисунок 6 . Схема автоматического регулирования плоскостности в последней клети многоклетевого стана холодной прокатки

F_i - усилие, измеряемое i-й секцией измерителя, Н; Т₀ - общее натяжение полосы, Н; В, h - ширина и толщина полосы, мм.

В подсистеме реализован принцип замкнутого управления по отклонению, что делает ее достаточно надежной и эффективной. Уставки отдельных независимых каналов подсистемы гидроизгиба, перекоса рабочих валков и дифференцированной по длине бочки валков подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) рассчитываются по модифицированным формулам. Если расчет и реализация управляющих воздействий гидроизгиба и перекоса валков не вызывает на практике больших затруднений, то эффективное управление подачей СОЖ намного сложнее [15].

Математическое обеспечение (описание алгоритма).

Алгоритмы управления гидроизгибом валков и подачей смазочно-охлаждающей жидкости модернизируется в направлении устранения выявленных недостатков САРП [15].

Для адекватного отображения параболической составляющей произвольной эпюры удельных натяжений использовали аппроксимацию ее второй ортонормированной функцией (многочленом) Лежандра. В результате получили коэффициент разложения эпюры (использовали формулу Симпсона численного интегрирования):

(29)

где С₂ – коэффициент разложения; _i- показания стрессометра; i = 1, …,

n– число секций стрессометра на ширине полосы; , P₂(y) второй полином Лeжaндpa, Наибольшее значение P₂(y) равно +1, а наименьшее -0,5. В качестве предложено использовать разность между экстремальными значениями параболической аппроксимации, которая равна

Таким образом,

(30)

где – отклонения удельных натяжений в середине и на краю аппроксимирующей параболы [15].

Для учета запаздывания во времени действия гидроизгиба устано­вили экспериментальным путем зависимость С₂ от скорости прокатки V. Методом корреляционно–регрессионного анализа эта зависимость была получена в виде линейного уравнения

(31)

где h, B – толщина и ширина полосы, мм;

V – скорость прокатки, м/мин;

a₀, a₁, a₂, a₃ – коэффициенты уравнения регрессии.

Для двух различных значений скорости V(t) и V(t- t), отвечающих двум моментам времени можно записать

(32)

где t – время, с.

Если рассчитан коэффициент C₂(t- t) то, решая систему, для коэффициента С₂(t), получим выражение

(33)

Получим выражение для регулировочного значения неравномерности натяжения, в котором отражены параболическая составляющая эпюры натяжения и зависимость от изменения скорости прокатки:

(34)

В результате статистического анализа массива эксперименталь­ных данных получена регрессионная зависимость (при числе опытов N = 150):

R_мн = 0,79; F = 80,84; S_ост = 20,02 – значения коэффициента множественной корреляции, критерия Фишера и остаточного среднеквадратичного отклонения; их величина свидетельствует о точности и достоверности уравнения регрессии [15].

Окончательная формула для расчета усилия гидроизгиба рабочих валков в момент времени t принимает вид:

(35)

где t – момент времени, изменение которого позволяет с любой частотой прогнозировать и формировать упреждающее воздействие усилия гидроизгиба.

Регулировочное значение усилия гидроизгиба будет рассчитываться по формуле

(36)

При прохождении сварного шва через пятую клеть уставку гидроизгиба необходимо рассчитывать по величине первого нового измерения С₂ при значении коэффициента К_F 0,03 (для полос шириной B 1300 мм) и К_F 0,08 (для полос шириной B < 1300 мм). В дальнейшем регулировочная уставка рассчитывается по формуле при К_F = 0,003 м³ [15].

Для стабилизации условий трения по ширине очага деформации предложено фактическую уставку расхода СОЖ вычислять по формуле

(37)

где – фактическое регулировочное значение расхода СОЖ в j-и зоне коллектора,%;

Q_max – максимально возможный расход СОЖ в отдельной зоне ( 100%);

Q_{max.расч.} – максимальная величина расхода СОЖ в отдельной зоне, рассчитанная по формуле ,%;

Q_j(расч.) – рассчитанная по формуле величина расхода СОЖ в j-и зоне коллектора, %. При этом минимальная величина

При включении САРП управляющий канал гидроизгиба рабочих валков отрабатывает параболические составляющие эпюры удельных натяжений и фиксируется на достигнутом уровне. Дальнейшей регулирование производится только подачей СОЖ, Включение более быстродействующего канала гидроизгиба валков обуславливается только лишь необходимостью оперативной отработки резких скачков эпюры натяжения. После отработки возмущений этот управляющий канал фиксируется на достигнутом уровне и дальнейшее регулирование производится за счет изменения расходов СОЖ по зонам распределительного коллектора. Это повысит продолжительность работы оборудования стана [15].

Разработанные алгоритмы управления гидроизгибом рабочих валков и подачей СОЖ позволят повысить эффективность работы САРП. Для получения холоднокатаных полос с плоскостностью, отвечающей требованиям последующей технологии, необходимо иметь возможность задания эпюры натяжений при регулировании.

Для введения в систему регулирования плоскостности заданной эпюры натяжения предложено модифицировать алгоритмы управления гидроизгибом рабочих валков и подачей CОЖ.

Формула принимает следующий вид:

(38)

где С2(зад) – заданная эпюра натяжения (ее параболическая составляющая).

Учитывая ограниченность диапазона регулирования плоскостности с помощью гидроизгиба рабочих валков, необходимо корректировать величину расхода СОЖ по длине бочки валков следующим образом[15].

Сравниваются между собой фактические (F_ф), и граничные максимально допустимые – F_доп ) значения усилия гидроизгиба. Если | F_ф | > | F_доп |, то вычисляется разность

а затем определяется добавочное регулировочное значения отклонения натяжения

(39)

и вычисляется необходимое количество СОЖ, компенсирующее неравномерность натяжения, неустраненную) гидроизгибом:

где j = 1, 2, 5, 7, 8, 9.

Если фактическое усилие гидроизгиба получается со знаком ми­нус, то оно сравнивается с минимальным граничным значением (100 %дополнительного изгиба), если же со знаком плюс - то с максимальным граничным значением (100 %) противоизгиба).

Для средних зон распределительного коллектора (j = 4, 5, 6) расчет
расхода СОЖ производится по формуле:

(40)

Для того, чтобы получить полосу с пониженными удельными
на-тяжениями на кромках, необходимо уменьшить расход СОЖ в крайних зонах коллектора, соответствующих кромкам полосы. В этом случае расход СОЖ следует производить по следующей формуле:

где _зад - задаваемое отклонение удельных натяжений;

_зад = (0,7–0,8) _ср – на кромках полосы (j = 1, 2, 5, 7, 8, 9), в средней части полосы (j= 4, 5, 6 – при B < 1400 мм, j = 3,4,6,7 – при В 1400 мм).

При задании эпюры в систему подачи СОЖ исключается необходимость в использовании гидроизгиба валков для отработки задаваемой эпюры натяжения. Однако, при этом следует учитывать ограниченность диапазона регулирования с помощью СОЖ.

Разработанная методика позволяет задавать в САРП эпюру удельных натяжений в соответствии с конкретными условиями прокатки и в зависимости от требования последующей технологии обработки полосы.

Подготовка валков

Валки, вновь поступившие на стан, а также вываленные из клетей стана при очередной перевалке, подвергаются шлифовке.

При наличии полного парка валков перешлифовку производят после выравнивания температуры по длине бочки валка или остывания валков до температуры воздуха внутри цеха. Если имеется разность температур по дине бочки валка, то перешлифовка осуществляется корректировкой профилировок.

Подготовка рабочих валков

Съем активного слоя с бочки за перешлифовку рабочих валков должен обеспечить полное удаление внешних дефектов, глубина которых определяется контрольным врезом шлифовального круга в тело валка или по показаниям дефектоскопа на станках фирмы « Геркулес ».

При отсутствии дефектов съем с валка за перешлифовку (разность диаметров, измеренных по центру бочки валка, до и после шлифования) должен быть не менее:

- для валков 1,2,3,4 клетях пятиклетевого стана – 0,40 мм,

При перешлифовке валков необходимо, чтобы:

1. Отклонение от заданного профиля в симметричных сечениях составило не более:

- для валков, отшлифованных на станках фирмы «Геркулес» ±0,005 мм,

- для валков отшлифованных на станках фирмы «Тошиба» ±0,01 мм;

2. Овальность, конусность, биение бочки по диаметру не более чем 0,005 мм.[18]

Подготовка опорных валков

Съем при перешлифовке опорных валков должен обеспечивать полное удаление дефектов (вмятина, выкрошка и т.д.). Опорные валки с отдельными глубокими выкрошками предварительно зачищают вручную шлифовальной машинкой, при этом наличие острых граней не допускается. Опорные валки с отдельными глубокими выкрошками и опорные валки, перешлифованные по дефекту "навар" ("оков"), эксплуатировать в нижнем положении в 1 и 2 клетях 5-ти клетевого стана.

При перешлифовке валков необходимо, чтобы:

- отклонение от заданного профиля в симметричных сечениях - не более ±0,03 мм,

- овальность, конусность, биение бочки по диаметру не более 0,008 мм,

Съем за одну перешлифовку с опорных валков, эксплуатирующихся в клетях №№ 1 - 4 пятиклетевого стана - не менее 2 мм или до удаления дефектов.

Потребность в валках

Эффективность работы прокатного стана и качество производимой на нем продукции в значительной степени зависит от основного рабочего инструмента – прокатных валков. В цеховых затратах на передел доля затрат на валки для станов холодной прокатки составляет 15-25%. Таким образом, расход валков существенно влияет на себестоимость проката.[18]

Для бесперебойной работы цеха необходимо иметь 10-15 пар рабочих валков. Потребное число опорных валков – 7-8 пар.