Способ управления профилем валков листопрокатного стана

 

Изобретение относится к области прокатного производства и касается профилирования валков листопрокатных станов с привлечением математических моделей. Сущность изобретения: в процессе управления профилем валка учитывают ряд новых технологических факторов, которые вводят в математическую модель, и параллельно формируют дополнительную математическую модель расчета станочной профилировки валков во всех клетях стана. В этой модели используют прогнозируемые значения усилий прокатки, измеренные значения фактически поперечной разнотолщинности и температуры подката, шероховатостей валков, теплофизических параметров охладителя и определяют расчетные шлифовочные выпуклости при заданных расходах эмульсии в системе секционного охлаждения валков. Предусмотрена процедура выбора необходимых значений шлифовочных выпуклостей в зависимости от прогнозируемых и фактических расходов эмульсии в секционной системе охлаждения: сначала при 50 - 60% от прогнозируемого максимального расхода, затем путем варьирования в диапазоне 40 - 80% от прогнозируемого максимального расхода, а при прокатке - замена валков при выходе фактических расходов за диапазон 30 - 80% от максимального. Технический результат: улучшение характеристик плоскостности получаемой полосы. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно, к прокатному производству, и касается способов профилировки валков листопрокатных станов и корректирования этой профилировки с помощью математических моделей.

Известен способ управления профилем валков листопрокатного стана, включающий определение с помощью математической модели расчетного профиля валков в функции сортамента и параметров режима прокатки, корректировку этого профиля по измеренным фактическим значениям скорости прокатки, натяжения и толщины полосы, температуры подката, посекционного расхода охладителя по длине бочки валков, путем варьирования и регулирования фактического посекционного расхода охладителя (см., например, авторское свидетельство СССР N 710705, кл. B 21 B 37/32, 1980).

Недостатком этого способа является неучет в расчетной модели влияния ряда факторов, в частности, фактического поперечного профиля подката, шлифовочных выпуклостей валков, шероховатостей валков, усилий прокатки и факторов наклепа. Это снижает точность управления.

Особую проблему представляет учет исходной шлифовочной профилировки валков. Выбор этой профилировки (величины выпуклости или вогнутости бочки) производится на основании предшествующего опыта. Известна методика расчета исходной шлифовочной профилировки валков (см., например, А.В.Третьяков, Э.А. Гарбер, Г. Г.Давлетбаев. Расчет и исследование прокатных валков. М.: Металлургия, 1976, с. 216-217), однако указанная методика учитывает прогиб, износ, сплющивание и тепловую выпуклость валка и не увязана с таким параметром управления профилем валков, как посекционный расход охладителя по длине бочки, формирующий фактический тепловой профиль наряду с тепловым расширением валка.

Между тем исходная (предварительная) шлифовочная профилировка валка играет существенную роль в формировании его рабочего профиля и, следовательно, в возможностях управления им. Если исходная профилировка выбрана удачно, диапазон регулирования расхода охладителя при работе валков сужается, управление рабочим профилем валка упрощается. И, наоборот, если исходный шлифовочный профиль далек от оптимального, требуемый диапазон регулирования расхода охладителя расширяется и может в принципе выйти за границы возможностей системы охлаждения. В связи с этим важно не только учитывать исходную шлифовочную профилировку валков в тесной связи с тепловым профилированием, осуществляемым путем посекционной подачи охладителя, но и предусмотреть возможность корректировки самой исходной профилировки в случаях, когда расход охладителя приближается к граничным значениям и возможности регулирования при этом также становятся ограниченными, а система управления теряет необходимую гибкость. Поскольку менять систему охлаждения значительно проблематичнее и сложнее, чем сменить валки на новые, с иной шлифовочной профилировкой (парк валков с различной профилировкой готовится в цехе заранее), возникает проблема определения нужной оптимальной исходной профилировки с учетом ограниченного диапазона регулирования расхода охладителя в системе посекционного охлаждения валков и с учетом иных существенных факторов процесса прокатки.

Задачей изобретения является повышение плоскостности прокатываемой полосы (листа) за счет повышения точности системы управления профилем прокатных валков благодаря учету и корректировке влияния исходной шлифовочной профилировки валков, а также учету в математических моделях максимально возможного числа факторов, влияющих на профиль валка.

Указанная задача решена тем, что в способе управления профилем валков листопрокатного стана, включающем определение с помощью математической модели расчетного профиля валков в функции сортамента и параметров режима прокатки, корректировку этого профиля по измеренным фактическим значениям скорости прокатки, натяжения и толщины полосы, температуры подката, посекционного расхода охладителя по длине бочки валков путем варьирования и регулирования фактического посекционного расхода охладителя, согласно изобретению вводят в модель значения шлифовочных выпуклостей валков, а также фактические измеренные значения шероховатостей валков перед их установкой в стан, фактическую поперечную разнотолщинность подката, температуру охладителя и фактические усилия прокатки, дополнительно вводят в модель зависимости сопротивления деформации прокатываемого металла от относительного обжатия для разных марок стали (кривые наклепа), параллельно формируют математическую модель расчета станочной профилировки валков во всех клетях стана, используя в ней прогнозируемые значения усилий прокатки и измеренные значения фактической поперечной разнотолщинности и температуры подката, шероховатостей валков, теплофизических параметров охладителя, и определяют расчетные шлифовочные выпуклости при расходах охладителя, равных 50-60% от максимального в каждой секции охлаждения, расчетные значения шлифовочных выпуклостей по клетям округляют до кратных 0,05 мм, сравнивают их с фактическими, заданными эмпирически значениями шлифовочных выпуклостей, при несовпадении варьируют секционные расходы охладителя в диапазоне 40-80% от максимального, минимизируя разность расчетной и эмпирической выпуклостей, при совпадении их значений шлифуют и устанавливают в клеть валки с эмпирической выпуклостью, а при недостижении равенства эмпирической и расчетной выпуклостей используют валки, имеющие расчетное значение шлифовочной выпуклости.

Кроме того, при уменьшении или увеличении в процессе регулирования в одной из клетей стана фактического расхода охладителя, подаваемого на середину бочки валка, соответственно до величины менее 30% или более 80% от максимального, валки в этой клети меняют на валки со шлифовочной выпуклостью, соответственно на 0,05 мм большей или на 0,05 мм меньшей, чем в смененном комплекте.

Дополнительное измерение и учет (введение в модель) ряда параметров процесса позволяет существенно повысить точность модели. Фактический поперечный профиль подката влияет на распределение обжатий по ширине полосы, следовательно, на парциальные (по ширине) вытяжки участков полосы. Неравенство таких вытяжек непосредственно влияет на плоскостность полосы на выходе из клети. Таким образом, фактический поперечный профиль подката ответствен за наследственный поперечный профиль полосы и связанные с ним характеристики неплоскостности. Шлифовочные выпуклости валков есть та исходная база, на которой формируется фактический профиль бочки валка. Усилие прокатки определяет собой величину упругой деформации (прогиба) валка и упругого сплющивания его в зоне контакта с прокатываемым металлом. Оба эти вида деформации вносят искажения в профиль валков. Что касается шероховатостей валков, то их величиной определяется контактное трение в очаге деформации, а следовательно, и расчетное усилие прокатки. Итак, указанные параметры, будучи введены в модель, сообщают ей более высокую точность, приближают математическое описание к реальной картине процесса. Факт влияния указанных факторов был известен и ранее, но правильный учет их в модели представлял известные трудности. В настоящее время модель, учитывающая эти параметры с достаточной степенью точности, разработана и использована в настоящем изобретении.

При прокатке на непрерывных полосовых станах существенное влияние на характеристики процесса оказывает изменение в ходе процесса величины сопротивления деформации металла, связанное (помимо ранее учитывавшегося температурного фактора) еще и с явлением наклепа при обжатии металла. Изобретением предусмотрен дополнительный учет и этого фактора. Предварительными исследованиями могут быть установлены для разных марок стали зависимости сопротивления деформации от относительного обжатия, эти зависимости также вводят в модель, дополнительно повышая ее точность.

Однако наиболее принципиальная особенность данного изобретения заключается в том, что при управлении профилем валков используют дополнительно математическую модель расчета исходной станочной (шлифовочной) профилировки валков в клетях стана, при заданных диапазонах расхода охладителя (эмульсии) в системе секционного охлаждения валков. Эта модель включает в себя использование измеряемых значений поперечной разнотолщинности и температуры подката, шероховатости валков, температуры эмульсии для выбора шлифовочных профилировок валков. Ранее эти величины, за исключением температуры эмульсии, использовали для управления тепловым профилем, а не для выбора шлифовочных профилировок. В этом способе задают определенные диапазоны расходов эмульсии и определяют с помощью математической модели шлифовочные выпуклости валков, обеспечивающие лучшую плоскостность полосы.

Шлифовочная профилировка валков фактически зависит от всех указанных выше измеряемых величин, однако ранее не было процедуры, как их учитывать, в результате профилировки выбирали эмпирически без измерения указанных величин, а это приводило к неизбежным ошибкам, в результате: повышенный процент отсортировки по коробу и волне, внеплановые перевалки для замены валков - с потерями производительности и увеличением расхода валков из-за лишних перешлифовок.

Создание процедуры учета всех этих измеряемых величин повышает точность определения необходимых шлифовочных выпуклостей, в результате уменьшится процент отсортированного металла, сократится число перевалок, увеличится производительность стана, снизится расход валков.

Поскольку есть процедура учета величин, в способе предусмотрено их измерение, что для выбора станочных профилировок является существенно новым действием.

Выбор шлифовочной профилировки валков из условия, что расходы в секционном охлаждении равны 50-60% от максимального, обеспечивает при прокатке на таких валках возможность и увеличивать, и уменьшать тепловую выпуклость валков, что позволяет устранять как волнистость, так и коробоватость полосы. При расходах < 50% и > 60% такая возможность существенно сужается: диапазоны регулирования отклонений от плоскостности уменьшаются.

Округление расчетных значений шлифовочных выпуклостей до 0,05 мм - общепринятая практика, вызванная ограниченным парком валков. Например, на стане 1700 ОАО "Северсталь" рабочие валки шлифуют с выпуклостями: +0,10; +0,05;0; -0,05; -0,10 мм, т.е. с шагом ±0,05 мм.

В связи с этим, после того как валки отшлифованы и установлены в стан, невозможно удержать расходы эмульсии в узком диапазоне 50-60% от максимального. Поэтому для реального процесса управления приемлем диапазон 40-80% от максимального расхода. Выход из этого диапазона делает систему малоуправляемой при регулировании плоскостности полосы; в этом случае целесообразно изменить шлифовочную выпуклость на один шаг (±0,05 мм), благодаря чему расходы эмульсии войдут в рабочий диапазон 40-80% от максимального. Указанная процедура выполняется на стадии выбора профилировок.

При работе стана из-за возможных возмущений технологического процесса для регулирования потребуется весь диапазон расходов эмульсии (1-100% от максимальных). Однако, если длительное время расход приходится держать < 30% от максимального и > 80% от максимального, это значит, что профилировка валков не соответствует данному конкретному сортаменту и режиму прокатки (например, какая-то часть горячекатаных рулонов оказалась с большей величиной сопротивления деформации, больше, чем ранее выделяется тепла, и охлаждение валков превысило установленную границу (80%). В этом случае требуется замена валков (см. п.п. 2 и 3 формулы).

При работе стана диапазон расходов в меньшую сторону может быть расширен с 40 до 30% от максимального, т.к. к уменьшению расхода тепловой профиль более чувствителен, чем к увеличению расхода.

Совокупность и последовательность действий при осуществлении способа согласно изобретению такова.

1. Формируют в компьютере автоматической системы управления (АСУ) стана базы данных: А. О сортаменте стана: - марочный сортамент сталей с кривыми наклепа (зависимости сопротивления деформации от относительного обжатия) для каждой марки стали; - заданные режимы прокатки для каждого маркопрофилеразмера сортамента стали; - прогнозируемые для каждого маркопрофилеразмера (статистические) значения; усилий прокатки по клетям, поперечной разнотолщинности подката, температуры подката.

Б. О конструктивных параметрах стана и его рабочих клетей.

В. О параметрах секционной системы охлаждения стана (максимальные расходы, величины коэффициентов теплоотдачи и других теплофизических коэффициентов) Г. Об эмпирических значениях шлифовочных выпуклостей валков по группам сортамента.

2. Вводят в компьютер АСУ стана математические модели: - энергосилового расчета процесса прокатки; - теплового профиля валков и расходов секционного охлаждения в функции сортамента и режима прокатки; - упругих деформаций валков; - износа середины бочки опорного валка в функции времени его работы;
- станочной профилировки валков в функции сортамента, режима прокатки, упругих, тепловых деформаций и износа валков, поперечного профиля и температуры подката.

3. Измеряют:
- шероховатость валков - перед установкой в стан;
- температуру эмульсии в системе секционного охлаждения стана;
- фактическую поперечную разнотолщинность подката и его температуру.

4. Вводят в компьютер в качестве оперативных исходных данных все измеренные параметры, указанные в п. 3.

5. Определяют с помощью модели станочной профилировки валков расчетные значения шлифовочных выпуклостей валков во всех клетях стана, используя в качестве исходных данных прогнозируемые значения усилий прокатки и измеренные значения поперечной разнотолщинности и температуры подката, шероховатости валков, температуры и теплофизических свойств эмульсии, при этом расчет составляющих шлифовочной профилировки ведут по моделям, указанным в п. 2, а тепловой профиль валков рассчитывают при расходах эмульсии, равных 50-60% от максимальных в каждой секции охлаждения.

6. Расчетные значения шлифовочных выпуклостей валков по клетям округляют до 0,05 мм и сравнивают их с эмпирическими значениями.

7. Если расчетная и эмпирическая выпуклости валков в какой-либо клети не совпали, то варьированием секционных расходов в диапазоне 40-80% от максимального минимизируют с использованием модели теплового профиля разность расчетной и эмпирической выпуклостей.

8. Если после процедуры минимизации (п. 7) расчетная и эмпирическая выпуклости совпали, шлифуют и устанавливают в клеть валки с эмпирической выпуклостью.

9. Eсли после процедуры минимизации сохраняется не равная нулю разность эмпирической и расчетной выпуклости, то в качестве заданного для выполнения значения шлифовочной выпуклости принимают ее расчетное значение.

10. После установки в клеть валков, шлифовочная профилировка которых выполнена в соответствии с п.п. 8 и 9, при прокатке выполняют следующие действия:
а) дополнительно измеряют:
- фактические режимы прокатки (толщины, скорости, обжатия, натяжения по клетям);
- фактические расходы эмульсии в системе секционного охлаждения;
б) контролируют форму (плоскостность) полосы на выходе из каждой клети (визуально или с помощью датчиков);
в) вводят в компьютер в качестве оперативных исходных данных для математических моделей дополнительно к измеряемым параметрам, указанным в п. 3, измеренные параметры, указанные в п. 10а;
г) используя значения измеряемых параметров, перечисленных в п.п. 3 и 10а, в, по моделям, указанным в п. 2, рассчитывают в темпе с прокаткой тепловой профиль валков и расходы секционного охлаждения;
д) устанавливают фактические расходы эмульсии в секционной системе охлаждения равными расчетным и корректируют их значения в зависимости от результатов контроля формы полосы;
е) если фактический расход эмульсии, подаваемой на середину бочки валков в одной из клетей стана, оказался меньше 30% от максимального, выполняют перевалку и устанавливают в эту клеть новый комплект рабочих валков со шлифовочной выпуклостью, на 0,05 мм большей, чем на предыдущем комплекте;
ж) если фактический расход эмульсии, подаваемый на середину бочки, оказался больше 80% от максимального, выполняют перевалку и устанавливают в эту клеть новый комплект рабочих валков со шлифовочной выпуклостью, на 0,05 мм меньшей, чем на предыдущем комплекте.

Формула изобретения

1. Способ управления профилем валков листопрокатного стана, включающий определение с помощью математической модели расчетного профиля валков в функции сортамента и параметров режима прокатки, корректировку этого профиля по измеренным фактическим значениям скорости прокатки, натяжения и толщины полосы, температуры подката, посекционного расхода охладителя по длине бочки валков путем варьирования и регулирования фактического посекционного расхода охладителя, отличающийся тем, что вводят в модель значения шлифовочных выпуклостей валков, а также фактические измеренные значения шероховатостей валков перед установкой в стан, фактическую поперечную разнотолщинность подката, температуру охладителя и фактические усилия прокатки, дополнительно вводят в модель зависимости сопротивления деформации прокатываемого металла от относительного обжатия для разных марок стали (кривые наклепа), параллельно формируют математическую модель расчета станочной профилировки валков во всех клетях стана, используя в ней прогнозируемые значения усилия прокатки и измеренные значения фактической поперечной разнотолщинности и температуры подката, шероховатостей валков, теплофизических параметров охладителя, и определяют расчетные шлифовочные выпуклости при расходах охладителя 50 - 60% от
максимального в каждой секции охлаждения, расчетные значения шлифовочных выпуклостей по клетям округляют до кратных 0,05 мм, сравнивают их с фактическими заданными эмпирически значениями шлифовочных выпуклостей, при несовпадении варьируют секционные расходы охладителя в диапазоне 40 - 80% от максимального, минимизируя разность расчетной и эмпирической выпуклостей, при совпадении их значений шлифуют и устанавливают в клеть валки с эмпирической выпуклостью, а при недостижении равенства эмпирической и расчетной выпуклостей используют валки, имеющие расчетное значение шлифовочной выпуклости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при уменьшении в процессе регулирования в одной из клетей стана фактического расхода охладителя, подаваемого на середину бочки валка, до величины менее 30% от максимального, валки в этой клети меняют на валки со шлифовочной выпуклостью, на 0,05 мм большей, чем в смененном комплекте.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при увеличении в процессе регулирования в одной из клетей стана фактического расхода охладителя, подаваемого на середину бочки валка, до величины более 80% от максимального, валки в этой клети меняют на валки со шлифовочной выпуклостью, на 0,05 мм меньшей, чем в смененном комплекте.