Система совместного регулирования толщины и профиля полосы при прокатке Советский патент 1992 года по МПК B21B37/02 B21B37/00 

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 за- датчиком усилия принудительного изгиба валков 1,2.

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 прину00

«Jb

00

ю о

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 вал- ков 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 прокатки, характеризующаяся свойством проката сохранять свою форму при переменных внешних воздействиях, достигается выполнением условия

5hi/hi dhj -1 /hj-i,

где 5hj ,hj и 5н i - 1 ,hi-i - поперечная разнотолщинность (поперечный профиль) и толщина полосы соответственно в i-й и (1-1)-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 Г13ад; 5ь 5ь3ад). но должна также обеспечить для i-й клети равенство отношения yi дь /hi заданному относительному профилю прокатываемой полосы узад, т.е. система должна обеспечить выполнение условия

У Узад, где узад (5ь3ад/Ьзад. (2)

При независимом регулировании параметров 5hj и hi, как это имеет место в известных системах, условие(2) не выполняется. Это связано, во-первых, с различиями в бы- стродействии систем регулирования поперечного профиля и толщины полосы (в регуляторах поперечного профиля используются, как правило, гидравлические нажимные механизмы, в то время как в

5 1015

2025

30

40

5

50

55

регуляторах толщины - электромеханические), а также наличием на практике различных ограничений на работу регуляторов толщины - ограничений на частоту включения, 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 приводят к более значительным колебаниям при прокатке толщины полосы по сравнению с колебаниями ее поперечного профиля.

Колебания толщины, в свою очередь, приводят к нарушению условия (2) и, следовательно, к неустойчивости процесса прокатки, образованию волнистости и коробоватости полосы.

Влияние нестабильности параметра hi на относительный поперечный профиль полосы yi определяется выражением

ДУ1 -|5|-( -Узад A hi) , (3)

где и Л hi - изменения под действием возмущающих факторов поперечного профиля и толщины полосы в i-й клети от заданных значений 5ь 13ад и 1113ад.

Из выражения (3) следует, что влияние нестабильности толщины полосы Д hi на параметр yi тем сильнее, чем больше значение Узад относительного поперечного профиля полосы и, следовательно, чем больше заданный поперечный профиль полосы 5ьзад и меньше ее толщина 1ъад, и только при прямоугольном поперечном профиле (узад 0) изменения толщины полосы не влияют на устойчивость процесса прокатки.

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

A 5hj3aA - ДуЪ|3ад hi -(A(5hj- - Узад Д hi),

для чего усилие принудительного изгиба валков должно быть изменено на величину

± Д 0|зад Мв°. Д 5h 1зад -MBQ( Дбщ х

X узад Д hi),

(4)

где Мв - жесткость валков по усилию принудительного их изгиба. ( в формуле (4) соответствует использованию системы дополнительного изгиба валков, а знак - системы принудительного противоизгиба валков).

Следовательно, управляющий, сигнал на изменение усилия принудительного изгиба валков i-й клети должен формироваться как с учетом изменений поперечного профиля полосы , так и с учетом фактических изменений ее толщины A hi в продольном направлении И только в частных случаях, при узад 0 или Д hi 0, управляющий сигнал на изменение усилия принудительного изгиба валков должен вырабатываться ак и в известной системе, в соответствии с алгоритмом А0|за д MBQ. A4i.

Целью изобретения является повышение устойчивости процесса прокатки и улуч- шение 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 определяются путем суммирования сигнала о величине изменения деформации клети A WKi с сигналами 5|3ад и Si заданным и фактическим положениями нажимного устройства и сигналом A SKI коррекции нажимного устройства по показаниям толщиномера на выходе стана; так как

Ahi A A/Ki+ A Si,

где ASi Si3aA+ A SKi-Si, то, следовательно,

Ahi , + 5|3ад+ ASKi-Si, (5)

Умножение на параметр у3ад, сложение и масштабирование сигналов д и A hj в соответствии с алгоритмом (4) осуществляются соответственно множительным устройством и суммирующими усилителями с соответствующим выбором их коэффициентов передачи.

Значения величин Adhj и AWKi рассчитываются, как и в известной системе, в соответствии с зависимостями

A(5hi 1/Mfcp.APi; (6)

AWKi 1/MKP(APi + MKP/MK°AQi), (7)

где Mgp - жесткость валков по усилию прокатки;

ргч

Мк и Мк - жесткость клети соответственно по усилию прокатки и усилию принудительного изгиба валков;

АР; и AQi - соответственно отклонения усилия прокатки и усилия принудительного изгиба валков от заданных значений.

В свою очередь значения A Pi и A 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:

AP| Pi3aA-(RrQi):

AQi Qi3aA-Qi,

(8) (9)

0

5 где - заданное значение усилия прокатки;

Смзад и QJ - заданное и измеренное значения усилия принудительного изгиба валков;

0 В, - суммарное усилие напряжения клети.

На чертеже представлена структуркчя схема системы совместного регулирования толщины и профиля полосы при прокатке.

5 Система содержит контур 1 управления положением нажимного устройства 2 клети i, включающий регулятор 3 положения. даэ- чик 4 и задатчик 5 положения нажимного устройства, причем первый и второй входь

0 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

5 электрогидравлический 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

0 второй входы регулятора 8 подключены соответственно к датчику 9 и задатчику 10, а выход регулятора 8 подключен к электрогидравлическому преобразователю 7, устройство 11 расчета деформации клети ,

5 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,

0 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

5 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 устройства по показаниям толщиномера 22 на выходе стана, включающий задатчик 23 толщины 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 vni и vnj 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 6управления 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, являющемуся одновременно вторым входом контура 6управления усилием принудительного изгиба валков.

Система работает следующим образом. При настройке стана на прокатываемый

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 нажимного устройства и усилием принудительного противоизгиба валков (коммутационные контакты, кроме контакта 32, на схеме не показаны), при этом положение нажимного устройства 2 и усилие противоизгиба валков, развиваемое гидроцилиндрами клети с помощью электрогидравлического преобразователя 7, определяются только выходными сигналами задатчиков 5 и 10. В зависимости от сортамента при настройке

стана взадатчикиб, 10 и 31 вводят заданные (настроечные) значения параметров прокатки в i-й клети: положение нажимного устрой- ства Siaap,, соответствующее заданному зазору между ненагруженными рабочими

валками, усилие противоизгиба валков и усилие прокатки Р13ад, а в задатчики 12, 23 и 24 - заданные номинальные геометрические параметры готовой полосы: ширина Взад, толщина Пзад, относительный поперечный профиль узад. Одновременно в вычислительное устройство 25 вводят значение коэффициента коррекции km, определяющего величину АЗк коррекции нажимного устройства i-й клети в функции отклонения

толщины полосы на выходе стана Ah: A SKI kni Ah, а также сигналы vni и vnj с датчиков скорости прокатки соответственно в i-й и j-й клетях (на схеме не показаны).

После ввода параметров 3|зад и Qi3a

нажимное устройство 2 устанавливается в положение Зю 5|3ад, а усилие противоизгиба валков принимает значение Ою . При этом сигналы на выходах датчика 4 и задатчика 5 (и соответственно на первом и

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.

Введенные параметры определяют заданные значения гц3ад, толщины и 5П 13ад поперечного профиля полосы на выходе 1-й клети с учетом расчетного значения усилия прокатки Pi Р|3ад:

Гмзад - + ,

5h зад 5hiO + Р зад/МбР 0|зад/Мб°,

У /к1зад

1

мЈ

(Р|зад +

ML М

0|зад) - деформация i-й клети, приведенная к зазору между рабочими валками;

бью 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 фактора. Это 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 величиной изменения деформации клети Дги , а поперечная разнотолщинность Д(5ы и изменение относительного поперечного профиля Ayi - выражениями (6) и (3).

С целью выработки сигналов для регулирования толщины и поперечного профиля полосы в устройстве 11 сначала рассчитываются значения параметров APj и AQi. Расчет выполняется с помощью сумматоров 16 и 17, которые осуществляют сложение и вычитание сигналов с датчиков 9 и 30 и задат- чиков 10 и 31 в соответствии с алгоритмами (8) и (9). С выхода сумматора 17 сигнал AQi отклонения усилия противоизгиба валков поступает через масштабный преобразователь 19 с коэффициентом передачи- МкР/Мк° на второй вход сумматора 18, где в соответствии с алгоритмом (7) суммируется с сигналом A PI отклонения усилия прокатки, поступающего на его первый вход с выхода сумматора 16. Суммарный сигнал с выхода сумматора 18 масштабируется в преобразователе 20 в соответствии с коэффициентом передачи 1/Мкр и поступает на выход устройства 11 в качестве сигнала Д WKJ изменения деформации i-й клети.

Одновременно с выработкой сигнала wKi в блоке 15 устройства 11 вырабатывается сигнал ДСмзад компенсации изменения прогиба валков под действием усилия прокатки A PI. Для этого сигнал Д Pi отклонения усилия прокатки с выхода сумматора 16 подается на второй вход множительного устройства 14, где он перемножается с величиной KQ, вводимой из элемента 13 в

зависимости от заданной в задатчике 12 ширины ПОЛОСЫ Взад.

Величина KQ определяется условием равенства приращений прогиба валков под

действием усилия прокатки APi и усилия принудительного изгиба валков ДО) и численно равна отношению жесткости валков M«Q и Шр : KQ Мьа/Мьр.

Таким образом, при отклонениях усилия

0 прокатки от заданной величины на выходе блока 15 формируется сигнал управления противоизгибом валков ДО|3адР ko Д Pi MeQ/Mgp ДР. При работе системы в режиме автоматического регулирования тол5 щины полосы (контакт 32 схемы включения регулятора толщины замкнут) сигнал wKi

Р

(Д Pi + -Ј- Д QI) с выхода устройстмЈ

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 на величину ASi - Д wKi, стабилизируя тем самым толщину полосы на выходе i-й клети относительно заданного значения гизад.

При несоответствии толщины полосы на выходе стана заданному значению Н3ад в

вычислительном устройстве 25 вырабатывается сигнал ДЗк коррекции положения нажимного устройства i-й клети:

Д5К| kni Дп,

где Дг1 - сигнал отклонения толщины полосы на выходе стана, равный разности сигналов с задатчика 23 толщины и толщиномера 22.

Сигнал ДЗк 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 ДОк рассчитывается в вычислительном устройстве 25 из условия

одинакового приращения относительного поперечного профиля полосы в клетях (Ду const) стана по алгоритму

Д Ок -Мб°(Д Зк1 - Д п)у3ад Vni

и подается чере второй выход контура 21 на первый вход контура 6 управления усилием принудительного изгиба валков.

Регулирование усилия принудительного 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 под действием усилия прокатки и с цепочки последовательно включенных суммирующего усилителя 26. множительного устройства 27 и инвертора 28, формирующей сигнал 0|зад3 в функции параметров изменения межвалкового зазора и, следовательно, толщины полосы.

В соответст вии с выражением (5) сигнал на выходе суммирующего усилителя 26 ра- ве« Ј hi отклонению толщины полосы от зааанпсго значения. Этот сигнал после пе- ремножения в устройстве 27 с величиной /зад, поступающей на второй вход множительного устройства 27 с задатчика 24 от- носительного 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 MBQ, а по второму - единице, то регулчрозение /силия изгиба валков осу- ь.,епш1яе- я по результирующему сигналу

А0,зад Аи13адР + ДСЬзад5Q ДР- М /задДгп,

мЈ

обеспечивая устойчивость процесса прокатки без волнистости и коробковатости полосы.

В частных случаях работы стана управляющий сигнал

м мЈ

АР при Ah

AWKI- AS, О или

А 0|зад ± M«Q( --- АР- узад AwKi)

MS

при ASi О,

т.е. в случае вывода САРТ полосы из работы (контакт 32 разомкнут).

По сравнению с лучшими действующими системами использование изобретения обеспечивает снижение отсортировки металла 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 0,1 % 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, задат- чиком и регулятором положения нажимного устройства, KOh тур 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 за- датчику 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 соответственно к первому и второму входам контура управления положением нажимного устройства, о тличающаяся тем, что, с целью повышения устойчивости процесса прокатки и улуч- шения плоскостности полосы путем коррекции усилия принудительного изгиба залков 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.

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