中厚板轧机技术

Total No.122冶金设备总第122期
Au g ust2000M E TALL U R GICAL EQU IPM EN T2000年8月第4期・热轧・
中厚板轧机技术
M.A g a p ios
(奥钢联-克莱西姆公司)
摘要奥钢联公司的中厚板轧机技术是一种全生产线的最佳技术,它包括PLA TE轧制模型,与液压系统相结合的自动化系统HA GC,控制厚度的H g dro p late软件包,最佳矩形中厚板PV R模型,控制中厚板板宽与立辊轧机相接的自动化系统(AWC),大型工作辊弯曲技术及控制中厚板板形和平直度的自动化系统ADCO 冷却装置和中厚板冷却控制的A ICOL IN E模型,预平整机技术和全液压热平整控制平直度的PLAN E平整模型等等,在整个工艺线路中,这些技术融合了高新技术设备和自动化集成,以提高中厚板质量,增加成材率,降低成本为最终目的.
关键词中厚板轧机技术PLA TE轧制模型H g dro p late软件包PV R模型AWC系统平直度
A ICOL IN E模型
图书分类号T G335.52
Plate Mill Technolo gy
M.A g a p ios
(VA I CL ECIM)
ABSTRACT The VAI p lat e mill t echnolo gy i s a full line o p timization s y st em,thi s t echnolo gy in2 clude s:the p lat e mill sche dulin g mo del PLATE co mbine d to the h y draulic screw-down s y st em and it s au2 to mation(HA GC),constitulin g the h y dro p lat e p acka g e for the control the p lat e thickne ss.The Plan View Rectan g ularit y(PVR)mo dle to the H y dro p lat e p acka g e for the o p timum p lat e rectan g ularit y.The H y2 draulic Scew-down s y st em for the Ed g er Mill and it s auto mation(AWC)linke d to the e d g er mo del for the control of the p lat e width.The he av y work roll bendin g t echnolo gy and it s auto mation for the control of the p lat e p rofile and flatne ss durin g rollin g,The ADCO coolin g unit and the ADCOLINE mo dle for the coolin g control of the p lat e at the end of the rollin g o p eration.The p re-leveler t echnolo gy and the full y h y draulic hot leveler for a full g a p control(FGC)inside the leveler and the PLATE levelin g mo del for the o p timum p lat e levelin g and flatne ss control etc.The se t echnolo gy co mbinin g hi g h t echnolo gy e q ui p ment and auto ma2 tion int e g ration throu g h the p ro ce ss line,to me et the end g o al of im p ro ve d p lat e hi g h g ualit y,incre a se d o ver2 all p ro ce ss y ield and re duce d p ro duction co st s.
KEYWO RDS Plat e mill t echnolo gy PLATE rollin g t echnolo gy H y dro p lat e p acka g e PVR mo d2 le AWC s y st em Flatne ss AICOLINE mo dle
随着对高质量中厚板需求的日益增长,同时要满足高生产率,以及可逆轧制工艺的发展使越来越多的产品可在中厚板轧机中轧制,对高技术设备和工艺控制的需求也正不断增加。

中厚板生产者需要在降低生产成本的同时,大幅度提高其产品质量。

通过采取不同的方法,上述目标是可以实现的,例如:
・机架的现代化和自动化改造;
・在线热处理;
2000年钢铁大会专刊2000年8月第4期
・最佳热平整;
1前言
中厚板轧机现代化改造成功的关键包括
一整套的综合方法,并综合在一个技术包中:・对机械和液压设备而言,已证明、有效和适当的高水平技术
・现代的、先进的自动化和工艺控制
・能够充分利用已证明的操作技巧、维修及培训能力
高强度中厚板减少了最终用户所需的重量,同时增加了最终产品的价值。

这些中厚板需在性能上均匀一致,以确保有高的成材率。

奥钢联公司的ADCO冷却装置设计成与最终目标一致,即具有均匀一致的力学性能。

预平整机作为一种低成本而有效的工具来设计,以确保轧制困难和需要加速冷却的中厚板有良好的入口平直度。

热平整操作的最佳控制是最后一个可以使中厚板轧机生产的中厚板质量达到最佳化的重要阶段。

2H YDRO PL A T E技术包
H YDRO PL A T E技术包是PL A T E模型和HA GC的综合。

2.1中厚板模型
PL A T E是完全综合的中厚板轧机模型,目的是使轧制最佳化:
-计算最佳的轧制规程和确定轧制道次数; -计算每一轧制道次的最佳参数;
-达到产品目标(厚度、宽度、板形、平直度和温度);
-使整个轧机的生产最佳化及轧机调速最佳化。

综合各种情况以达到先进的最佳化和匹配性的好的物理模型,可以使PL A T E模型在质量和生产率之间达到最可能的平衡。

对可逆轧制工艺的特别设计,使PL A T E模型可以动态地跟踪轧制过程以及轧机状态,并且及时地以生产线的实际状况为基础提供最精确的轧制规程。

PL A T E模型最初是由IRSID开发的,并且经过了不断地改进,以及熔入了新的特点、型、策略和最佳化的算法。

此外,还获益于最新的软件和工艺技术。

PL A T E模型的主要特点如下:
・各种情况的物理模型包括下列子模型:
-流变应力模型
-轧制力和扭矩模型
-温度模型
-凸度和平直度模型
-机架和轧辊弹性模型
-轧辊热凸度和磨损模型
-立辊轧机模型
・一个新的物理冶金和结构模型,即M ES2 MO,用于改进轧制力预测的精确性以及对材料的冶金性能有更好的了解
・用于轧制和工艺最佳化的先进的方法,例如:
-在粗轧机和精轧机之间中间坯厚度最佳化-对薄的、宽的、低温的以及高屈服应力中厚板特别设计的-温度控制轧制和热机械轧制
-特定的立辊轧机编制轧制规程的方法
-最佳的弯辊设定方法
-利用成本职能确定高水平复杂的折衷方法・利用先进、充分、短期和长期的合适的算法以提高精确性,并使自学习方法最佳化
2.2HA GC系统
HA GC系统的目标是使中厚板度的一致性最佳。

为此,HA GC系统是将高水平、高性能的液压和机械技术与可以安装在轧机底部和顶部位置的液压缸相结合,以完善调整和控制功能。

HA GC机械技术概况:
・数字式位置检测
・单点检测
・中厚板轧机的中心负载轴承
・机械式超行程保护
・长行程液压缸
中厚板轧机液压缸的典型特点:
・中厚板轧机的中心负载轴承
・机械式超行程保护
・长行程液压缸
中厚板轧机液压缸的典型特点:
・硬化磨损环
・活塞表面经过处理以减少摩擦
・阻转装置
・超行程保护
・中心线位置检测
・锻钢缸体
R
总第122期冶金设备2000年8月第4期
・用于测量轧制力的压力传感器
・数字式位置反馈装置
・避免轧机环境污染
液压系统典型特点:
・用于高速反应的伺服阀
・确保供油的储油装置
・必需的隔离和安全阀
・靠近轧机安装的底装液压缸
・安装在轧机立柱上的顶装液压缸
液压动力装置特点:
・两台工作、一台热备的泵站
・圆柱形两个间隔槽
・液压缸用油调理装置
・液位、过滤器堵塞及油温传感器
・MCC和PL C控制器
HA GC控制技术概况
动态补偿控制中厚板厚度。

这些补偿利用实时轧机检测数据修正引起中厚板厚度偏差的现象。

高性能补偿包括下列事项:
・轧机拉伸补偿
在每一道次轧制过程中,由于轧制力的变化,造成轧机拉伸改变,进而引起厚度偏差,因而需要进行补偿。

根据轧机拉伸曲线———其系数既可以由PL A T E模型来计算,也可以由轧机拉伸曲线的获取顺序从内部确定,这种补偿必然要对液压缸的位置参照进行修正。

根据是否对轧机预设PL A T E模型,可以获取相对和绝对的补偿方式。

・油膜补偿
当轧制速度和轧制力发生变化时,经常出现油膜偏差,因而需对其进行补偿。

油膜补偿是通过一个自动程序获取的,即采用3个不同轧制力以3种不同速度驱动轧机,其输出是测量到的速度、轧制力及一个公式,其系数来自对油膜的采集,从而达到补偿油膜。

・轧辊偏心补偿
在每一支承辊上安装了偏心探测器。

探测器探测每根轧辊旋转时的两个端部。

所测的速度用于确定轧辊旋转时的倾斜角度位置。

在轧制过程中相对轧辊倾斜角度位置的轧制力的变化被纪录下来。

这些数值可用于算出偏心率,然后归入液压缸位置基准变量中。

・倾斜补偿
倾斜补偿用于修正从一侧到另一侧轧制过程中轧制力的差异。

倾斜功能以所测轧制力和机架的拉伸特性为基础,可计算出修正量。

修正量可以改变轧机的倾斜基准,并可控制中厚板的镰刀弯。

2.3PV R(Plan View Rectan g ularit y)模型
PV R的目标是改善所轧中厚板的矩形度,由此提高成材率,它可以通过减少中厚板侧面的鼓肚和两头的耳子来实现。

为此,在回转中厚板之前,在粗轧和宽展阶段的最后一个道次使中厚板的头部和尾部过厚。

通过H GC系统可以实现中厚板头尾部过厚,并需要采用长行程、高速液压缸。

PV R模型向在轧制道次中起作用的H GC 系统提供基准数据。

系统能非常高效地使中厚板头尾部过厚,但需要精确应用该系统,由此对中厚板长度的跟踪需要高水平及高精度的控制,因而,控制中厚板在轧机中的向前滑动。

它可以通过下列作用来实现:
・在导致中厚板前滑条件的特定的中厚板减薄之后,由道次程序的PL A T E模型来形成
・在PV R作用之前,借助H GC并通过利用前一道次测量的中厚板长度来适应中厚板的前滑・通过使用精确的起动补偿和金属弹性,使
H GC动态控制最佳化
2.4大型工作辊弯曲技术
在中厚板轧机上可以配置大型工作辊弯曲执行装置。

其优点是:
・提高中厚板板形和平直度质量
・由于提高了轧制规程的灵活性,因而扩大了所生产产品范围
除了机械设备外,奥钢联还提供整套的工作辊弯曲自动化软件包:
-通过PL A T E模型完成弯辊预置计算
-以绝对和相对方式进行恒定板形调节
-以实际的工作辊弯曲力的反馈,或是板形,或是平直度检测为基础,使每一中厚板间的板形和平直度相匹配。

2.5立辊轧机模型和AWC
为了提高成材率和对中厚板宽度进行高水平控制,奥钢联公司开发了立辊轧机模型和AWC 控制系统。

除了机械设备外,奥钢联公司还提供全自动化软件包,它包括:
2000年钢铁大会专刊2000年8月第4期
・含在PL A T E模型中的立辊轧机模型(立轧效率,狗骨形模型,最佳化等)
・立辊轧机轧制规程
・为宽展和滑道黑印补偿的道次调整
・短行程控制
・提高中厚板宽度精度的立辊轧机模型使每一中厚板均匹配
2.6奥钢联轧机机架技术包—效果
下列数字是奥钢联轧机机架技术包效果和优点的概述。

3ADCO技术和预平整机
3.1加速冷却
有许多方法可以实现生产高强度中厚板,同时无需加速冷却。

然而,这些方法均与增加成本有关,以及对钢的其它性能有不利的影响。

其中一种方法是向钢中添加一些元素,如添加钒和铌用以细化晶粒结构和提供高强度。

这些元素的添加均与增加成本相关,以及对最终产品的可焊性和韧性有负面影响。

另一种方法是热机械轧制。

这种方法要消耗一些时间,而且不会改善材料的可焊性和韧性。

第三种方法是从为了中厚板生产者和用户的利益考虑,以及提高成本效益和可制造性,在加速冷却技术方面进行投资。

在GTSI公司和浦项钢铁公司之后,伯利恒钢铁公司以及最近的J ISCO公司均决定在AD2 CO技术方面进行投资。

伯利恒钢铁公司调查研究了各种加速冷却设备,这些设备可生产出高质量产品且有很高的成本效益。

此外,伯利恒钢铁公司也非常关注设备的配置。

最终ADCO装置被选中,是由于它的宽范围的冷却速率。

此外,重点考虑了最终的中厚板平直度和力学性能,以满足可制造性目标的提高。

3.2奥钢联公司向伯利恒钢铁公司提供的预平整机
为了提供具有合格入口平直度的中厚板,且无需改造轧机的控制及调整装置,购买了一台预平整机。

预平整机是在奥钢联公司从Bertin&Cie 公司获取ADCO技术之后,为加速冷却应用而特别设计的。

冷却工艺需要在加速冷却机入口处有相对平的中厚板,以确保在中厚板表面有平稳的水流动,
其结果有均匀一致的温度。

伯利恒钢铁公司的预平整机从设计上可以平整的中厚板厚度为5～25mm,温度为700℃～1000℃。

预平整机也可以消除中厚板前沿高达0.5m 高的上翘。

预平整机的优点不仅是反应在ADCO机的性能中。

预平整机也可用于热平整不用加速冷却的薄规格中厚板。

这种预平整可以降低对下步离精轧机几乎有130m远热平整机的平整需求,最终结果是提高了薄规格中厚板的平直度和生产率。

预平整机是紧凑式设计,它有4个平整辊。

在4根平整辊中,两根上平整辊,两根下平整辊,是由一个马达通过齿轮减速机/小齿轮箱和万向式联接轴驱动的。

下面的两根平整辊是固定在下部的辊架上,而上面的两根平整辊是安装在上部的辊架上。

所有平整辊均是内冷式。

4个液压缸定位于上部结构上。

这些液压缸不仅用于控制辊缝,而且是左右和前后摇动。

两根焊接钢柱组成框架,并带有隔板和地脚螺栓。

在预平整机入口是进口导板盒,它可以通过上部辊架的定位改变高度。

进口导板便于中厚板啮接进入预平整机平整辊辊缝,即使是中厚板有较高前端上翘。

最大辊缝是609.6mm。

最大轧制力是2500kN。

平整机的控制是全液压式的。

辊道驱动设置模型用于预置辊缝的设定和倾斜值。

对于25mm 厚的中厚板,预平整机可以提供80%的可塑性。

3.3伯利恒钢铁公司的ADCO机
ADCO机一般紧接在预平整机后,并综合在原有辊道中。

在伯利恒钢铁公司的ADCO机是6个组件的装置,每个组件有5个喷头。

上下部装置合计,ADCO机总计有60个喷头。

ADCO机在前4个组件中有上下屏蔽。

ADCO机利用低压、高速、恒定气流将均匀分布的、不定的水流激发成水滴。

喷淋的水滴均匀地分布在喷头覆盖的区域。

图片显示出主冷却水槽是从一侧给水。

然后,冷却水通过一排矩形管流到喷头前缘形成水幕。

此时,高速、均匀分布的气体从两侧冲击水幕,并沿着喷头长度产生三角喷淋。

上下喷头的功能是相同的。

下部喷嘴的
总第122期冶金设备2000年8月第4期
气流将水滴喷到中厚板的下表面。

这使得我们可以在冷却中利用极低水压的水流,即使是冷却中厚板下表面。

为了限制厂房内的湿气,安装了用于排出在冷却过程中产生的蒸汽的抽气系统,安装该系统的另一个目的是清除中厚板表面的水。

在气流的帮助下,中厚板边缘的水可以排出。

中厚板下表面上的水可因重力而排掉。

然而,蒸汽是中厚板冷却过程中产生的一种副产品。

通过安装在收集装置上的抽风机,将蒸汽吸入排汽管。

然后,在排入厂房内之前,潮湿空气经过小水滴捕集器。

由喷头组成组件,伯利恒钢铁公司的每一组件上有5个喷头。

上部和下部的组件是完全分开的。

通过一系列的定位销,下部的组件固定在轧制线上。

上部组件的定位与下部组件相同,也有一系列的定位销。

每一组件均是独立的上下控制。

采用组装件的方法就是使得维修迅速和简便。

正如前文所提及的,从众多竞争技术中选择ADCO技术,是由于其冷却速率范围较宽。

之所以达到较宽的冷却速率范围,是由于它采用了ADCO Plus,它是空气加上水的一种综合。

ADCO 技术采用低压、恒定的气流,在整个喷头区域均匀地喷散不定的低压水流。

采用这种已获专利的技术,使得我们可以在中厚板的上下表面上精确地控制冷却介质,即使是低压水流。

均匀冷却水分配可确保冷却速率均匀一致。

3.4ADCO过程控制
ADCO的每一组件配有流量控制阀。

另外,通过自动关闭阀,每个喷头均可单独控制。

ADCOL IN E模型可以控制冷却过程的所有方面。

它包括产品运行速度,上下组件的水流速度,中厚板头、尾和边缘的屏蔽位置。

该模型也可以在部分中厚板仍处于冷却机外且处于气冷时,使冷却水流速率降低。

产品温度的物理数学模型,包括沿着冷却机长度的转变能量,使我们可以改变水流速率以修正由于中厚板表面温度下降而引起的传热机理的变化。

与应用恒定的水流概念不同,应用恒定的流通量概念则可通过预测一些现象,像在具有高冷却速率或较低目标温度的较厚中厚板上不可避免出现的蒸汽挡板破损,对中厚板温度进行高水平控制。

为了补偿冷却效率
的提高和维持预计的冷却速率,通过AD2 CL IN E模型预测重新浇湿,从而将降低冷却水速率。

这会大幅度减少对温度均匀性的负面影响以及对中厚板力学性能均匀性的负面影响。

除了使温度均匀外,达到平稳地加速冷却中厚板是非常重要的。

为了避免中厚板出现变形,上下冷却水的流量必须平衡。

如果上下冷却介质流量相差5%,则足以导致中厚板不可逆的变形。

由于喷头本身的设计和ADCO的基本原理,很容易达到上下冷却介质流量的平衡,而通过AODCL IN E,可以提高对其控制。

由于在中厚板的两端会出现温度不均匀,因而可以探出中厚板头、尾处的变形。

ADCO Plus提供一种独特的方法进行头尾屏蔽。

即使喷头没有喷水时到喷头的气流是恒定的。

气流中含有一些水,这些水来自喷头区域运行中的喷头。

喷头的水流随着中厚板穿过冷却机向前运动而按顺序开关,以避免中厚板头尾冷却不均。

通过ADCOL IN E模型对中厚板头尾屏蔽进行预设定。

一级过程控制排定自动关闭阀程序,为了实现中厚板头尾有效的屏蔽,控制水流控制阀。

中厚板头尾屏蔽对均匀中厚板性能以及对减少中厚板头尾变形的作用是不容否认的。

中厚板边缘缺少屏蔽,或是过度屏蔽,将由于在中厚板宽度上出现温度不均匀性而导致中厚板产生波浪边或中心凸曲缺陷。

此外,在中厚板宽度上力学性能均匀性降低,将对成材率有负面影响。

中厚板边缘屏蔽的正确应用,对中厚板平直度和达到较高的成材率是非常重要的。

在中厚板上应用底屏蔽是ADCO机的一个独特特点。

与在中厚板上部屏蔽不同,在中厚板下部屏蔽时,已证明其屏蔽效率更高。

对每一块加速冷却的中厚板而言,ADCOL2 IN E模型可以确定最佳的上下边缘屏蔽。

4全辊缝控制热平整机和平整模型
4.1全辊缝控制平整机概念
在线冷却技术的发展需要更强大的平整系统。

为此,设计了全辊缝控制平整机。

2000年钢铁大会专刊2000年8月第4期
为了达到目标,必须使用液压缸来控制平整辊的定位和弯曲。

平整辊间的距离不能提供足够的空间安装传统圆柱形传动装置以支承每根平整辊所需的力(一般为1000KN)。

奥钢联公司通过采用获得专利权的液压缸,即为我们的动态Sha p eroll(DSR(特别设计的液压缸,解决了这一问题。

这些特殊的液压缸是椭圆形,因此有较大的横断面。

根据F GC平整机的设计,具有下列主要工艺特点:
・在负载改变的情况下,当中厚板离开或进入平整机时,平整机的拉伸是动态补偿的。

・为了避免在中厚板中心和边缘间的平整效率发生变化,对平整辊的弯曲进行修正。

・为了使平整能够达到最佳化,例如利用有限的平整辊、沿着平整机达到最好的平整,每根平整辊是独立定位的。

・每根平整辊是独立弯曲控制,以使它尽可能直地与中厚板保持接触。

・对于冷态平整,为了减少平整辊和中厚板间的摩擦以及均享所需动力,为了实现连接辊的扭矩控制,以及为使平整辊能立即移去而增加厚规格中厚板的平整范围,每根平整辊是独立驱动的。

F GC平整机在设计上很容易除去对平整辊使用寿命造成影响的氧化铁皮。

F GC平整机的可靠性有了很大提高:
・不可能过载
・独立的液压缸作用于平整辊
・没有过度的扭转力矩
・在热平整时,独立的扭转力矩制动器作用于所有联接辊上
・在冷平整时,带有扭转力矩控制的驱动装置作用于每根平整辊
F GC平整机仅用3个液压缸作用每根平整辊而达到1000KN的力。

平整辊弯曲控制的设计是最佳的。

4.2平整模型和F GC平整机自动化软件包
F GC平整机配有预设定模型PL AN E(r)以及是全自动的:
・在中厚板平整过程中可以进行动态修正
・通过各种测试仪器,使每块中厚板是相同的。

PL AN E(r)模型是平整机的预设模型,它可以计算出平整辊位置的预设值,平整辊的
作用力,扭转力矩和塑性百分比,这是以平整最佳化所需的厚度塑性百分比,以及为了不在最后一根平整辊产生弧度以避免中厚板前缘产生上翘为基础的。

PL AN E(r)模型是考虑了材料的屈服应力,杨氏模量,厚度,宽度以及平整辊直径的物理模型。

以所测量的平整力为基础和以所测量的扭转力矩为基础,每块中厚板间的屈服应力和塑性变性是相应的。

F GC平整机的1级自动控制系统包括:
・在平整机内中厚板位置跟踪
・每根平整辊的独立定位和液压缸的定位/压力控制
・排定出口顺序以便有一定的叠压
・拉伸补偿
・弯曲补偿
5结论
中厚板轧机技术是一种生产的最佳系统,在整个工艺线路中,它融合了高技术设备和自动化集成,以满足提高中厚板质量、增加成材率和降低生产成本的最终目标。

该技术包括:
1)中厚板轧机轧制规程模型PL A T E(与液压压下系统相结合以及它的自动化系统(HA GC),为控制中厚板厚度而选定的H y2 dro Plate软件包;
2)为生产出有最佳化矩形中厚板的PV R连同H y dro Plate软件包;
3)用于立辊轧机的液压压下系统和它的
为控制中厚板宽度而与立辊轧机模型相接的自动化系统(AWC);
4)大型工作辊弯曲技术和其在轧制过程中为控制中厚板板形和平直度的自动化系统;
5)ADCO(r)冷却装置和用于在轧制结束时进行中厚板冷却控制的ADCOL IN E(r)模型;
6)预平整机,用于控制中厚板在进行冷却处理之前的平直度;
7)全液压热平整机,在平整机内的F GC(全辊缝控制)以及用于最佳化中厚板平整和平直度控制的PL AN E平整模型。