四辊轧机厚度控制系统应用与探讨

四辊轧机厚度控制系统应用与探讨

摘要:四辊轧机是担负着生产箔带、极薄至中厚板规格制品的最常用精锐轧机,随着生产发展和技术的进步,用户对板厚精度的要求越来越高。液压厚度自动控制系统是保证产品厚度尺寸要求的重要装备。本文对四辊轧机厚度控制系统进行了初步的探讨与分析。

关键词:四辊轧机厚度控制系统应用

中国是钢铁大国,面对经济全球化的新世纪,钢铁设备的技术改造一直未有间断。轧制加工是当今钢铁工业的主干工程。薄板和中厚板的轧制生产,最普遍使用四辊轧机。板厚精度是板带材的两大质量指标之一,板厚控制是板带轧制领域里的两大关键技术之一。由于轧机自动化水平对板带材的质量要求越来越高,对轧机液压厚度自动控制系统的控制要求越来越高。在实际轧制过程中,影响轧后带材厚度精度的因素很多,因此有必要对四辊轧机厚度控制系统进行探讨。

1 四辊轧机传统液压AGC及其控制原理

钢材产品的精度主要指产品的外形尺寸精度,对于板带钢来说,外形尺寸包括厚度、宽度、板形、板凸度、平面形状等等。在所有的尺寸精度指标中,厚度精度是衡量板材及带材的最重要的质量指标之一,己成为国内外冶金行业普遍关注的一个焦点。厚度自动控制系统是提高带材厚度精度的重要方法,其目的是控制板带材纵向厚度的均匀性从而生产出合格产品。厚度自动控制是通过测厚仪或传感对钢板实际

轧出厚度连续地测量,并根据实测值与给定值相比较后得到偏差信号,借助于控制回路和装置或计算机的功能程序,改变压下装置、张力或轧制速度,把厚度控制在允许偏差范围内的方法。实现厚度自动控制的系统称为AGC。板厚自动控制是基于对板厚偏差大小和方向的估测,处理成消除厚度偏差所需要的校正信号,通过执行机构动作,达到所要求的厚度精度的过程。调节量可以是辊缝、张力和轧制速度。轧制过程中,影响板厚的因素很多,总体上看可分为四大类:辊系因素。轧辊偏心、轧辊磨损、轧辊弯曲、轧辊热膨胀、油膜厚度变化等;来料因素。来料厚度、宽度、硬度变化、轧制区摩擦系数变化;轧制过程参数变化。轧制力、张力、轧制速度的变化;控制模型误差和检测仪表误差。厚控基本规律是辊缝增大,轧出厚度增加;四辊轧机刚度增大,轧出厚度减小;轧制力增大,轧出厚度增加;摩擦系数增加,塑性系数增大,轧出厚度增大;材料硬度增大,塑性系数增大,轧出厚度增大;轧制张力增大,塑性系数减小,轧出厚度变薄。由于影响轧出厚度的因素多,因此也产生多种消除厚度偏差的方法。

2 AGC系统发展与应用

目前,厚度控制已成为现代化板带生产中不可或缺的组成部分。随着自动调节理论和技术和计算机技术的发展及应用,计算机技术也逐步渗透到钢铁制造业。1960年美国麦克劳恩钢铁公司四辊轧机采用了计算机进行设定控制,从此计算机开始应用于板材轧制生产。促使板带产品的生产发生了变革,形成了20世纪60至80年代的计算机

控制阶段。20世纪60年代后期,在四辊轧机的控制上,同时由于各种检测设备精度的提高,20世纪70年代起,液压厚度控制技术的应用,使板厚控制技术产生了重大变革。液压自动增益控制的响应速度比电动自动增益控制快2个数量级以上。由于液压技术与计算机技术的结合,使这一阶段的板厚控制技术大大地向前迈进了一步。上世纪八十年代末至现在,四辊轧机的板厚控制技术向着大型化、高速化、连续化的方向发展,成为板厚技术发展的新阶段。这一阶段已将板厚板形控制的全部过程融入计算机控制的自动化级,一方面运用最优控制、多变量控制,以追求控制性能的更高水平。另一方面采用人工智能、神经网络等控制算法,以追求系统的灵活性和多样性。将以上两方面结合在一起,相继开发研究出了高精度、无人操作的厚度自动控制系统。

随着技术的不断完善,针对国内四辊轧机装备状况形成的一整套控制技术己经能够解决钢板生产中的厚度差及等质量问题。但是,我们应看到同世界钢铁强国的差距,我国的厚度自动控制系统应用还存在着很多问题。国内在厚控系统的软件开发、检测仪器仪表、液压伺服系统元件的生产水平、精度上存在差距。即使从国外引进的厚控系统,实际使用中也存在自动控制系统没有完全投入。同时,由于板材厚度受到液压伺服系统、自动控制系统、工艺的瞬时条件和原料的随机变化等几方面的共同影响,使得AGC控制系统具有不确定性。另外我国四辊轧机的生产能力远远低于国外四辊轧机的平均生产能力,装备水平比较落后,自动化控制水平较低,大部分轧机还是人工控制,国内轧机缺乏比较完善的产品厚度检测手段,缺乏厚度检测如安装厚度计

等。厚度检测多数由人工对产品抽检,达不到全长实时检测。还有就是比如四辊可逆轧机运行时各种参数变化范围很大,包括轧制力、压下量、辊缝变化量及钢板的塑性系数等。四辊可逆轧机在轧前轧后一般不安装近机架测厚仪。影响板厚的因素很多,而又不能及时补偿各因素对板厚的影响。并且液压厚度自动控制系统系统中的液压伺服系统的数学模型很难精确提炼出来,因而控制方法的选择对控制精度有影响。所以要提高我国的板带材产量和质量,对轧机进行液压厚度自动控制系统计算机控制系统改造,也是提高板材质量的重要措施,已是大势所趋。

3 结语

近年来,我国在厚度自动控制系统技术研究和应用方面发展很迅速,在基础自动控制方面,以PLC(可编程控制器)、DCS(集散控制系统)为代表的计算机控制取代了常规模拟控制,工业以太网等技术逐步在冶金自动化系统中应用,在冶金企业全面普及。在控制算法上,回路控制普遍采用PID算法。智能控制等先进控制技术在轧机轧制力控制等方面有了初步应用。但随着用户对产品质量要求的不断提高,尤其是对人工智能技术认识的不断深入,许多研究者已开始研究如何把专家系统、神经网络等用于轧制过程,并取得了巨大成果和经济效益。以分布控制系统取代集中控制,将成为今后发展的必然趋势。厚度自动控制系统是轧制过程自动化的一个重要组成部分,同时人工智能技术

在厚度自动控制系统中的应用也必将开创厚度自动控制新的革命,而且对促进我国自动化技术的发展,亦具有积极的意义。

参考文献

[1] 刘建昌.基于神经网络的自适应厚度控制[J].钢铁,1999,34(11):33～36.

[2] 王国栋,吴国良,日本钢铁协会.板带轧制理论与实践[M].北京:中国铁道出版社,1990.

[3] 邹家祥.轧钢机械[M].北京:冶金工业出版社,1995.