Система совместного регулирования толщины и профиля полосы при прокатке

 

Изобретение относится к прокатному производству, точнее к контрольным и регулирующим устройствам прокатных станов, и может быть использовано в системах автоматического регулирования геометрических параметров полос, прокатываемых на непрерывных прокатных станах, в частности на непрерывных широкополосных станах горячей прокатки. Цель изобретения - повышение устойчивости процесса прокатки и улучшение плоскостности полосы путем коррекции усилия принудительного изгиба валков в функции параметров изменения межвалкового зазора. При изгибе прокатных валков учитываются изменения зазора между рабочими валками клети в процессе прокатки, что позволяет стабилизировать вытяжку металла по ширине полосы и, как следствие этого, исключить возникновение волокнистости и коробоватости полосы . 1 ил сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s В 21 В 37/02, 37/00

ГОСУДАP СТ8Е ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4853713/27 (22) 19.07,90 (46) 07,05,92. Бюл, ¹ 17 (71) Научно-и роизводствен ное обьедин ение

"Черметавтоматика" (72) Ю.Ч.Сейдак, Ю.M,Каракин. Ф.Н.Боровой и Л.В.Малинин (53) 621,771(088,8) (56) Выдрин В,Н„Федосиенко А,С. Автоматизация прокатного производства. M.: Металлургия, 1984, с,320 — 338.

J,Naganuma, Н,Ggai, Shape and Profile

Control for strip roiling Control — Theory and

advanced Technology, 1985, У,1, р.47 — 70.

Сергеев А.С.Тенденции совершенствования систем контроля и управления плоскостностью полосы за рубежом, Обзорн.информ./Ин-т "Черметинформация", М, 1987, c,34 — 38.

Изобретение относится к прокатному производству, точнее к контрольным и регулирующим устройствам прокатных станов, и может быть использовано в системах автоматического регулирования геометрических параметров полос, прокатываемых на непрерывных прокатных станах.

Известны системы совместного регулирования толщины и профиля полосы, содержащие контур регулирования толщины полосы с блоком формирования сигнала коррекции профиля валков и контур регулирования профиля полосы с датчиком и задатчиком усилия принудительного изгиба . вал ков (1,2).

„„ЯЦ„„1731320 А1 (54) СИСТЕМА СОВМЕСТНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОЛЩИНЫ И ПРОФИЛЯ ПОЛОСЫ

ПРИ ПРОКАТКЕ (57) Изобретение относится к прокатному производству, точнее к контрольным и регулирующим устройствам прокатных станов, и может быть использовано в системах автоматического регулирования геометрических параметров полос, прокатываемых на непрерывных прокатн х станах, в частности на непрерывных широкополосных станах горячей прокатки. Цель изобретения — повышение устойчивости процесса прокатки и улучшение плоскостности полосы путем коррекции усилия принудительного изгиба валков в функции параметров изменения межвалкового зазора. При изгибе прокатных валков учитываются изменения зазора между рабочими валками клети в процессе прокатки, что позволяет стабилизировать вытяжку металла по ширине полосы и, как следствие этого, исключить возникновение волокнистости и коробоватости полосы. 1 ил.

Из известных систем совместного регулирования толщины и профиля полосы при прокатке наиболее близкой к предлагаемому решению по технической сущности является система, содержащая контур управления положением нажимного устройства с датчиком и задатчиком положения нажимного устройства, контур управления усилием принудительного изгиба валков с датчиком и задатчиком усилия принудительного изгиба валков, устройство расчета деформации клети, входы которого подключены к датчику суммарного усилия напряжения клети, задатчику усилия прокатки, к датчику и задатчику усилия прину1731320

А;В = А; — 1/hj-1. где дп;, hj и д ; — ), h -1 — поперечная разнотолщинность (поперечный профиль) и толщина полосы соответственно в i-й и (i — 1)-й клетях.

Из выражения (1) следует, что система совместного регулирования толщины и профиля должна обеспечить прокатку полос не только с заданными значениями толщины и профиля на выходе стана (h = йзад, д = дпзад), но должна также обеспечить для

1-й клети равенство отношения у = hj /hi заданному относительному профилю прокатываемой полосы уз,д, т.е. система должна обеспечить выполнение условия " зад h Ó" зад " (Ai узад ЛЬ), для чего усилие принудительного изгиба валков должно быть изменено на величину ф = узад, где узад = дьзад/пзад. (2) При независимом регулировании параметров д ; и h, как это имеет место в изве- — 0!зад = в ° а Ой;зад -М (Л д; стных системах, условие(2) не выполняется, (4)

Это связано, во-первых, с различиями в бы- 55 х Узад " ) стродействии систем регулирования попеQ где Ma — жесткость валков по усилию приречного профиля и толщины полосы (в регуляторах поперечного nðî иля испольрофиля испол ь- нудительного их изгиба. (Знак "+" в формуле зуются, как правило, гидравлические на- (4) соответствует использованию системы то время как в дополнительного изгиба валков, а знак "-"—

>кимные механизмы, в то время как в дительного изгиба валков, с блоком расчета сигнала компенсации прогиба валков под действием усилия прокатки, контур коррекции положения нажимного устройства по показаниям толщиномера на выходе стана с задатчиком относительного поперечного профиля полосы, причем выход контура коррекции положения нажимного устройства и выход устройства расчета деформации клети подключены соответственно к первому и второму входам контура управления положением нажимного устройства, а выход блока расчета сигнала компенсации прогиба валков подключен к выходу контура управления усилием принудительного изгиба валков (3), Недостаток известной системы связан с тем, что при регулировании изгиба прокатных валков не учитываются факТические изменения в процессе прокатки зазора между рабочими валками клети, что приводит к нестабильности вытяжки металла по ширине полосы и, следовательно, к образованию волнистости и коробоватости полосы в межклетевых промежутках и на выходе стана.

Известно, что устойчивость процесса и рокатки, характеризующаяся свойством проката сохранять свою форму при переменных внешних воздействиях, достигается выполнением условия регуляторах толщины — электромеханические), а также наличием на практике различных ограничений на работу регуляторов толщины — ограничений на частоту включе5 ния, на диапазон перемещения нажимного механизма и т.д. Кроме того, при прокатке некоторых профилей регуляторы толщины по тем или иным причинам вообще выводятся из работы. Перечисленные факторы при10 водят к более значительным колебаниям при прокатке толщины полосы по сравнению с колебаниями ее поперечного профиля, Колебания толщины, в свою очередь, 15 приводят к нарушению условия (2) и, следовательно, к неустойчивости процесса прокатки, образованию волнистости и коробоватости полосы.

Влияние нестабильности параметра hi

20 на относительный поперечный профиль полосы yj определяется выражением

25 где Лд ц и h,hi — изменения под действием возмущающих факторов поперечного профиля и толщины полосы в i-й клети от заданHbjX значений gQ )зад pl Ь;зад, Из выражения (3) следует, что влияние нестабильности толщины полосы h hj на параметр у тем сильнее, чем больше значение узад относительного поперечного профиля полосы и, следовательно, чем больше заданный поперечный профиль полосы д„зад и меньше ее толщина пзад, и только при прямоугольном поперечном профиле (узад = О) изменения толщины полосы не влияют на

40 устойчивость процесса пpoKBTKN

Из выражения (3) также следует, что для сохранения заданного относительного поперечного профиля полосы прокатные валки должны быть принудительно изогнуты на величину

1731320

10

Л Qi = Взад — Qi, (o) Лh; = AW»i+ ЛSh

Лд ; — 1/М1 ° Л Р,, системы принудительного противоизгиба вал ко в), Следовательно, управляющий сигнал на изменение усилия принудительного изгиба валков i-й клети должен формироваться как с учетом изменений поперечного профиля полосы Лдь|, так и с учетом фактических изменений ее толщины h,h; в продольном направлении И только в частных случаях, при узад = 0 или Л hi = О, управляющий сигнал на изменение усилия принудительного изгиба валков должен вырабатываться. ак и в известной системе, в соответствии с алгоритмом ЛС1 зад.=

= Мва. Лдь, Целью изобретения является повышение устойчивости процесса прокатки и улучшение плоскостности полосы путем коррекции усилия принудительного изгиба валков в функции параметров изменения межвалкового зазора, В предложенной системе фактические изменения толщины полосы в i-й клети определяатся путем суммирования сигнала о величине изменения деформации клети

Л W»i с сигналами S;»z и Si заданным и фактическим положениями нажимного устройства и сигналом Л S;;i коррекции нажимного устройства по показаниям толщиномера на выходе стана; так как

ГДЕ Ля=Я зад+ Л к — Sh то, следовательно, Л hj = AW»i + Я зад+ Л S»j Si, (5) Умножение на параметр узад сложение и масштабирование сигналов Bhj и Л hf в соответствии с алгоритмом (4) осуществляются соответственно множительным устройством и суммирующими усилителями с соответствующим выбором их коэффициентов передачи, Значения величин Лд>; и ЛW»j рассчитываются, как и в известной системе, в соответствии.с зависимостями

Л И вЂ” 1/Мк (APi+ M» /Мк Лй) (7) где М вЂ” жесткость валков по усилию проP катки;

М, и M» — жесткость клети соответственно по усилию прокатки и усилию принудительного изгиба валков;

45 ,50

ЛР; и AQi — соответственно отклонения усилия прокатки и усилия принудительного изгиба валков от заданных значений.

В свою очередь значения Л Р и Л Q; определяются по сигналам с датчиков суммарного усилия напряжения клети и усилия принудительного изгиба валков и сигналам с задатчиков.усилия прокатки и усилия принудительного изгиба валков:

ЛPi = Р!зад (Ri Qi); (8) где Р зад — заданное значение усилия прокатки;

О зад и Qi заданное и измеренное значения усилия принудительного изгиба валков;

Ri — суммарное усилие напряжения клети.

На чертеже представлена структурная схема системы совместного регулирования толщины и профиля полосы при прокатке, Система содержит контур 1 управления положением нажимного устройства 2 клети

i, включающий регулятор 3 положения. да,чик 4 и задатчик 5 положения нажимнога устройства, причем первый и второй вход .: регулятора 3 подключены соответственно к датчику 4 и задатчику 5, а выход регулятора

3 подключен к нажимному устройству 2, контур 6 управления усилием принудительного изгиба прокатных валков, включающий злектрогидравлический преобразователь 7, подключенный к гидроцилиндрам противоизгиба рабочих валков i-й клети, регулятор

8, датчик 9 и задатчик 10 усилия принудительного изгиба валков, причем первый и второй входы регулятора 8 подключены соответственно к датчику 9 и задатчику 10, а выход регулятора 8 подключен к злектрогидравлическому преобразователю 7, устройство 11 расчета деформации клети, включающее последовательно включенные задатчик 12 ширины, нелинейный элемент

13 и множительное устройство 14, входящие в блок 15 расчета сигнала компенсации прогиба валков под действием усилия прокатки, сумматоры 16, 17 и 18, масштабные преобразователи 1.9 и 20, причем выход сумматора 16 подключен к второму входу множительного устройства 14 и к первому входу сумматора 18, выход сумматора 17 подключен через масштабный преобразователь 19 к второму входу сумматора 18, выход которого, в свою очередь, подключен к масштабному преобразователю 20, контур

21 коррекции положения нажимного уст1731320 ройства по показаниям толщиномера 22 на выходе стана, включающий задатчик 23 Tollщины полосы на выходе стана, задатчик 24 относительного поперечного профиля полосы и вычислительное устройство 25, первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к задатчикам 23, 24 и толщиномеру 22, четвертый, пятый и шестой входы используются для ввода в вычислительное устройство значений коэффициента коррекции kni, скоростей прокатки чп и

vai соответственно в i-й и j-й (последней) клетях чистовой группы стана, последовательно соединенные первый суммирующий усилитель 26, множительное устройство 27, инвертор 28 и второй суммирующий усилитель 29, Первый и второй входы сумматора

16, являющиеся первым и вторым входами устройства 11 расчета деформации клети, подключены соответственно к датчику 30 суммарного усилия растяжения клети и к задатчику 31 усилия прокатки, третий вход сумматора 16, соединенный с первым входом сумматора 17, и второй вход сумматора

17, являющиеся одновременно третьим и четвертым входами устройства 11, подключены соответственно к датчику 9 и задатчику . 10 усилия принудительного изгиба валков.

Выход масштабного преобразователя 20, являющийся одновременно выходом устройства 11, подключен через разъединительный контакт 32 схемы включения регулятора толщины к третьему входу регулятора 3 положения, являющемуся одновременно первым входам контура 1 управления положением нажимного устройства, Первый и второй выходы вычислительного устройства 25, являющиеся одновременно первым и вторым выходами контура 21 коррекции, подключены соответственно к четвертому входу регулятора 3 положения, являющемуся одновременно вторым входом контура 1 управления положением нажимного устройства, и к третьему входу регулятора 8 усилия, являющемуся одновременно первым входом контура буправления усилием принудительного изгиба валков.

Первый, второй, третий и четвертый входы суммирующего усилителя 26 подключены соответственно к выходу устройства 11 расчета деформации клети, к первому выходу контура 21 коррекции положения нажимного устройства, к датчику 4 и задатчику 5 положения нажимного устройства. Второй вход множительного устройства 27 и второй вход суммирующего усилителя 29 подключены соответственно к задатчику 24 относительного поперечного профиля полосы и к выходу множительного устройства 14, являющемуся одновременно выходом блока 15 расчета сигнала компенсации прогиба валков под действием усилия прокатки. Выход суммирующего усилителя 29 подключен к четвертому входу регулятора 8 усилия,-явля5 ющемуся одновременно вторым входом контура 6 управления усилием принудительного изгиба валков.

Система работает следующим образом.

При настройке стана на прокатываемый

10 сортамент (полоса в клетях в это время отсутствует) устройство 11 расчета деформации клети и контур,21 коррекции положения нажимного устройства отключены от контуров 1 и 6 управления положением нажимно15 го устройства и усилием принудительного противоизгиба валков (коммутационные контакты, кроме контакта 32, на схеме не показаны), при этом положение нажимного устройства 2 и усилие противоизгиба вал20 ков, развиваемое гидроцилиндрами клети с помощью электрогидравлического преобразователя 7, определяются только выходными сигналами задатчиков 5 и 10. В зависимости от сортамента при настройке

25 стана в задатчики 5, 10 и 31 вводят заданные (настроечные) значения параметров и рокатки в i-й клети; положение нажимного устройства Яьад, соответствующее заданному зазору между ненагруженными рабочими

30 валками, усилие противоизгиба валков Qiaaq и усилие прокатки Р зад, а в задатчики 12, 23 и 24 — заданные номинальные геометрические параметры готовой полосы: ширина

Взад, тоЛЩИНа Пзад, ОтНОСИтЕЛЬНЫй ПОПЕРЕЧ

35 ный профиль узад. Одновременно в вычислительное устройство 25 вводят значение коэффициента коррекции k i, определяющего величину AS

40 толщины полосы на выходе стана Л h; Л Яд

= Км ЛЙ, а также сигналы vg и v,i с датчиков скорости прокатки соответственно в i-й и j-й клетях (на схеме не показаны).

ПОСЛЕ ВВОДа naPaMeTPOB. Я!зад И Qiaaq

45 нажимное устройство 2 устанавливается в положение Sip = Siaap, а усилие противоизгиба валков принимает значение Qio = Qiaap

При этом сигналы на выходах датчика 4 и задатчика 5 (и соответственно на первом и

50 втором входах регулятора 3) равны между собой, равны между собой и сигналы на выходах датчика 9 и задатчика 10, первом и втором входах регулятора 8.

55 Введенные параметры определяют заданные значения чзад толщины и дп зад поперечного профиля полосы на выходе i-й клети с учетом расчетного значения усилия прокатки Р = Рьад.

1731320

hiaap = 8!зад+ »!зад, h |зад = Aio+ Р!зад/Ма О!зад/Ма р, а

1 Мр где Ю»!зад = (Р!зад + О(зад) деМ М формация i-й клети, приведенная к зазору между рабочими валками; дп!а — профиль зазора между ненагруженными валками, определяемый станочной и тепловой профилеровками валков.

Однако в процессе прокатки усилие Pi на остается постоянным, а изменяет свое значение под действием различных возмущающих факторв. Зто приводит к изменению деформации прокатных валков и всей клети и, как следствие, к продольной и поперечной разнотолщинности полосы и изменению ее относительного поперечного профиля.

Продольная разнотолщинность определяется в этом случае непосредственно велИ5

20 чиной изменения деформации клети Ahi = 25

= ЛИ»!, а поперечная разнотолщинность

Лд! и изменение относительного поперечного профиля Лу! — выражениями (6) и (3).

С целью выработки сигналов для регулирования толщины и поперечного профиля 30 полосы в устройстве 11 сначала рассчитываются значения параметров A P u AQi. Расчет выполняется с помощью сумматоров 16 и 17, которые осуществляют сложение и вычитание сигналов с датчиков 9 и 30 и задат- 35 чиков 10 и 31 в соответствии с алгоритмами, (8) и (9). С выхода сумматора 17 сигнал ЬО! отклонения усилия противоизгиба валков поступает через масштабный преобразователь 19 с коэффициентом передачи. 40

М» /М» на второй вход сумматора 18, где в соответствии с алгоритмом (7) суммируется с сигналом A Р; отклонения усилия прокатки, поступающего на его первый вход с выхода сумматора 16. Суммарный сигнал с 45 выхода сумматора 18 масштабируется в преобразователе 20 в соответствии с коэффициентом передачи 1/М» и поступает на

P выход устройства 11 в. качестве сигнала

Лю»! изменения деформации i-й клети.

Одновременно с выработкой .сигнала ! !»! в блоке 15 устройства 11 вырабатывается сигнал ЛО!зад компенсации изменения р прогиба валков под действием усилия прокатки Л Р!. Для этого сигнал A Р отклонения усилия прокатки с выхода сумматора 16 подается на второй вход множительного устройства 14, где он перемножается с величиной ka, вводимой из элемента 13 в зависимости от заданной в задатчике 12 шиpMHbl полосы Взад.

Величина kc! определяется условием равенства приращений прогиба валков под действием усилия прокатки ЛP! и усилия принудительного изгиба валков ЬО! и численно равна отношению жесткости валков

М и М : kc! = Ма /МВ .

Таким образом, при отклонениях усилия прокатки от заданной величины на выходе блока 15 формируется сигнал управления противоизгибом валков ЛО!зад = Кс) A Pi =

= Me /Mg A Pi, При работе системы в режиме автоматического регулирования толщины полосы (контакт 32 схемы включения регулятора толщины замкнут) сигнал w»i =

P (A Р. + — Ь О!) с выхода устройст1 М»

М М ва 11 расчета деформации клети поступает на первый вход контура 1 управления положением нажимного устройства. Нажимное устройство изменяет зазор между рабочими валками относительно значения $!зад на величину М! = - Aw»i, стабилизируя тем самым толщину полосы на выходе i-й клети относительно заданного значения й!зад.

При несоответствии толщины полосы на выходе стана заданному значению Лзад в вычислительном устройстве 25 вырабатывается сигнал М»! коррекции положения нажимного устройства i-й клети;

AS»i = kni где A h — сигнал отклонения толщины полосы на выходе стана, равный разности сигналов с задатчика 23 толщины и толщиномера

22, Сигнал М»! с первого выхода контура 21 коррекции подается на второй вход контура

1, изменяя тем самым заданное. значение толщины полосы на выходе i-й клети, Коррекция положения нажимного устройства по показаниям толщиномера на выходе стана изменяет относительный поперечный профиль полосы. Для сохранения устойчивости процесса прокатки необходимо одновременно с коррекцией толщины осуществлять и коррекцию усилия принудительного изгиба валков i-й клети, Сигнал коррекции ЬО»! рассчитывается в вычислительном устройстве 25 из условия одинакового приращения относительного поперечного профиля полосы в клетях (Лу!=

= const) стана по алгоритму

Л О»! = -Mg (AS»! — Л h)yaaä

Q Ч 6

Vni

1731320

10

20 ли к Л Sj = О и подае-. ся чере -> ВТОрой ВыхОД контура 21 на и рвый Вход контура 6 управления усилием принудительного изгиба валков.

Регулирование усилия принудительног= изгиба валков в соответствии с алгоритмом (4) Осуществляется в системе по сигналам, поступающим через суммирующий усилитель 29 на второй вход контура 6 управления с выхода блока 15 расчета сигнала компенсации изгиба валков поддействием усилия прокатки и с цепочки последовательно включенных суммирующего усилителя 26., множительного устройства 27 и инвертора 28, формирующей

СИГНВЛ Qiaap В фуНКЦИИ ПВРВМЕтрОВ ИЗМЕS нения межвалкового зазора и, следовательно, толщины полосы.

В соответствии с выражением (5) сигнал на выходе с ммирующего усилителя 26 равсн L. flj — отклонению толщины полосы от .-адан Ieie значения. Этот сигнал после пе;;à-;м.кОжения в устройстве 27 с величиной у-aÄ, поступающей на второй вход множительного устройства 27 с задатчика 24 относительного поперечного профиля, инвертируется в инверторе 28 и подается на первый вход суммирующего усилителя 29, на второй вход которого подается сигнал с выхода блока 15.

Если коэффициент передачи суммирующего усилителя 29 по первому входу выбрать равным М, а по второму — единице, Q та регул.: равенне усилия изгиба валков осуiL:,встал,e! ep;þ результирующему сигналу

Р л . S +iaap = l Ciiaag + Cliaap, Мь - -, а — М1 узад - hi.

Мр обеспечивая устойчивость процесса прокатки без волнистости и коробковатости полосы.

В частных случаях работы стана управляющий сигнал

4Qiaap = ЛP flPVI ЛЬ =

М

МР— VIII (. P — уэлд Л ми)

М( при ЛSI = О, т.е. в случае вывода CAPT полосы из работы (контакт 32 разомкнут), По сравнению с лучшими действующими сис.гамами использование изобретения обеспечивает снижение отсортировки ме25

55 талла во второй сорт по дефектам формы в среднем на 0,02 $ за счет улучшения плоскостности прокатной полосы, а также сокращение брака по недокатам и дефектам формы в среднем на 0,1ь за счет повышения устойчивости процесса прокатки.

Формула изобретения

Система совместного регулирования толщины и профиля полосы при прокатке, содержащая контур управления положением нажимного устройства с датчиком, задатчиком и регулятором положения нажимного устройства, контур управления усилием принудительного изгиба валков с датчиком, задатчиком, регулятором усилия принудительного изгиба валков и электрогидравлическим преобразователем, устройство расчета деформации клети с блоком расчета сигнала компенсации прогиба валков, входы которого подсоединены к датчику суммарного усилия напряжения клети, задатчику усилия прокатки, к датчику и задатчику усилия принудительного изгиба валков, контур коррекции положения нажимного устройства, содержащий толщиномер, задатчики толщины полосы, относительного поперечного профиля полосы и

Вычислительное устройство, причем выходы контура коррекции положения нажимного устройства и устройства расчета деформации клети подсоединены соответстьенно к первому и второму входам контура управления положением нажимного устройства, о тл и ч а Io LLI à я с я тем, что, с целью повышения устойчивости процесса прокатки и улучшения плоскостности полосы путем коррекции усилия принудительного изгиба валков в функции параметров изменения межвалкового зазора, она снабжена последовательно соединенными первым суммирующим усилителем, множительным устройством, инвертором и вторым суммирующим усилителем при этом входы первого суммирующего усилителя подсоединены соответственно к выходам устройства расчета деформации клети, контура коррекции положения нажимного устройства, датчика и задатчика положения нажимного устройства, вторые входы множительного устройства и второго суммирующего усилителя подсоединены соответственно к задатчику относительного поперечного профиля полосы и выходу блока расчета сигнала компенсации прогиба валков устройства расчета деформации клети, а выход второго суммирующего усилителя подсоединен к. входу контура управления усилием принудительного. изгиба валков, 1731320

Составитель И.Бельчанская

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Э.Лончакова

Редактор Т.Юрчикова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 1533 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5