液压自动厚度控制HAGC在太钢热连轧机上的应用.pdf

冶金 自动化 2 0 0 4 年增刊 液压自动厚度控制 H A G C在太钢热连轧机上的应用 汪沟 太原钢铁集团有限公司热连轧厂， 山西太原0 3 0 0 0 3 [ 摘要] 主要介绍液压厚度自 动控制H A G C的控制原理， 结合太钢1 5 4 9 m m热轧机的应用情况， 详细分析其控制过程 和相关的特点。 〔 关键词〕 液压自 动厚度控制; 弹跳; 弯辊; 监控 随着我国经济的持续发展， 用户对板带钢材的品种、 材质、 精度提出了 更高要求， 要求轧机的压下机 构精度高、 速度快、 稳定、 同步、 可靠， 只有满足这些要求， 才能适应不断提高的用户要求。显然传统的机 械电动压下由于压下丝杠和螺母存在磨擦， 只有克服了摩擦力之后才会使压下丝杠转动， 其结果往往是 滞后 2 0 -3 0 m s ， 不能满足现代用户的产品要求。而液压自 动厚度控制H A G C H y d r a u l i c A u t o m a t i c G a u g e C o n t r o l 能很好满足以上用户的要求， 尤其是能有效减少甚至消除钢带头尾纵向厚差， 以提高产 品质量。 太钢1 5 4 9 m m热轧机组七架精轧机组改造分别采用了V A I 奥钢联公司 和S I E M E N S 公司的整套 长行程 H A G C ， 它是当今世界上最先进的厚度控制系统之一， 在国内尚属首次采用。运行一年来， 系统 ‘ 稳定， 产品质量有了很大的提高。 1 带钢纵向厚差产生的原因 板带轧机中的精轧机组全部采用H A G C系统， 其主要目的是要提高板带纵向厚差精度， 为此， 首先 研究引起板带轧机带钢厚度偏差的主要因素， 并将其归纳为以下3 类。 1 . 1 来料尺寸和变形抗力发生变化 1 . 1 . 1 来料厚度不均匀 当人口厚差为A H时， 则出口偏差为 p h { K/ KM } XA H 式中， K为材料系数; M为轧机常数。 一般M 0 . 3 0 . 4 D， 单位 t / m m, D为支撑辊直径。一般来料厚差在头部和尾部较大， 可达5 一 1 3 0 0 ， 而中间较小， 约1 0 o - 3 0 o 。例如 当粗轧来料厚差为 A H2 . 6 m m， 轧机的K 6 0 t / m m, M6 0 0 t / m m， 此时， A h 6 0 / 6 0 0 6 0 X 2 . 6 m m 0 . 2 3 7 m m 。 通常连续经过七个机架连轧后， F 6 出口 厚差 大约在3 t m以 下， 因 此不 需要采取什么 措施， 轧机 本身 对来料厚度不 均匀有自 动矫正的 能力。 1 . 1 . 2 来料温度分布不均匀 来料温度不均将直接影响轧制力， 使带钢厚差产生波动， 1 5 4 9 m m热轧生产线来料温度不均主要 来自 两个方面。 1 水印温差。 尽管1 5 4 9 m m热轧使用了先进的步进梁式加热炉后， 水印温差已大大减少， 但并不 能完全消除， 仍有士3 0 ℃左右。这一温差导致材料硬度发生变化， 从而产生厚差 O h . ， 为了消除这一偏 差， 改变轧机的压下量就可消除厚度偏差 。 2 首尾温差。 粗轧出 来后的带坯， 首尾温差约为4 0℃左右， 出口 带坯长 6 0 m, F O 穿带速度为 1 m / s ， 如F O 压下率为3 5 时， 那么带坯头尾到F O 的时间差为9 0 s ， 按每秒钟温降为1 . 5 s 计算， 这样 尾部约比头部温度低1 5 0 ℃左右， 这样会使首尾产生厚差。为此， 1 5 4 9 m m热连轧采用V A I 专利的保 温罩和升速轧制来克服这一厚差。 〔 收稿日 期] 2 0 0 4 - 0 6 -1 9 「 作者简介I 汪询 1 9 6 4 - ， 男， 上海人， 工程师， 主要从事热连轧基础自动化工作。 1 2 9 冶金 自动化 2 0 0 4 年增刊 1 . 2 轧机原因造成的辊缝变化 当压下设定不变、 缸不动的情况下， 辊缝却发生变化时， 位置检测器无法检测到辊缝的变化， 产生以 上的变化， 纯属轧机本身因素而造成的， 主要有以下几种情况。 1 . 2 . 1 油膜厚度变化 油膜厚度与轧制速度及轧制力大小有关。当轧制速度升高时， 油膜变厚; 而当轧制力增加时， 油膜 变薄。 通常油膜厚 差的 变化可达 2 0 0 - - 4 0 0 t cm 。 在1 5 4 9 m m轧机上采用了S I E M E N S 提供的 油膜补 偿模型来克服这一干扰， 效果比较明显。 1 . 2 . 2 轧辊热膨胀和轧辊磨损 一般轧辊磨损较小， 不予考虑。 但轧辊的 热膨胀可达1 5 0 l .m左右， 在连续轧制时， 该干扰成锯齿波 形状。采用动态压力补偿 D P C 和弯辊控制进行补偿， 以消除热膨胀造成的板型变坏。 1 . 2 . 3 轧辊偏心 当轧辊偏心时， 使辊缝发生波动。 这种干扰如采用通常的弹跳方式进行调节， 会适得其反， 使厚差变 得更大。也就是说， 压下不调节时， 偏心引起的厚差由压下参与调节时厚差反而增加， 由此可见， 应该采 取更为有效的办法来克服这一干扰。1 5 4 9 m m热轧机根据周期变化的压力值测出厚度的变化率， 从而 正确地修正辊逢， 消除偏心造成的干扰。 1 . 3 张力发生变化 1 5 4 9 m m轧机F O -F 6 之间采用先进的液压软活套控制， 实现了恒定的小张力活套控制。 在轧制过 程中， 张力对厚度和宽度的影响很小， 故此因素在 1 5 4 9 m m轧机中可以不考虑。 2 日 A G C的特点 1 5 4 9 m m精轧机液压压下系统是利用电液伺服阀来直接控制压下缸位置， 使轧辊保持恒定的辊缝。 它具有以下特点。 1 惯性小， 响应快。由于A G C缸等运动部件比电机惯性小， 它的加速度可提高到 5 0 0 m m / s “ 以 上， 压下速度可达到4 m m / s ， 系统频率可达 1 5 H z ， 响应时间镇4 5 m s ， 同时每一缸采用双向伺服阀控制， 提高供油速度确保系统能满足1 3 m / s 的高速轧制。 2 精度高。由 于F O -F 6 全部采用液压A G C ， 所以成品厚度偏差可以达到士2 3 t m 3 m m以 下成 品， 厚差可控在士 2 0 p m ， 包括测厚仪的噪 音在内。 3 消耗功率小。由于惯性小同 样所需的功率也小， 因此效率高。 4 操作方便灵活。由于采用6 4 位多微机S I MA T I C工艺数字控制器 T D C ， 操作灵活方便， 同时采 用了通信速率为6 4 0 Mb / s 的G D M 全局数据存储 影像式通信网络， 运行周期快， 运算周期仅为2 m s , 3 H A G C的控制原理和方法 1 5 4 9 m m热轧精轧机A G C液压压下系统是测厚型厚度控制系统。全套软件从德国S I E ME N S 引 进。它是通过测量带钢出口 厚度与设定值之差， 经过积分环节等处理得出所需要消除厚差Pl r 需要的辊 缝修正量， 其控制原理方框图如图1 所示。 3 . 1 H A G C运行方式 根据精轧机各机架锁定板厚目 标值的不同， H A G C可分为绝对方式和相对方式。操作工可根据工 作状态和条件进行选择， 同时如果设定偏差大于某一个值时， H A G C系统会自 动由绝对方式切换到相 对方式。 1 绝对方式。当选择绝对方式时， 各机架锁定板厚设定值Hs 为各机架受到负载 1 0 0 m s 以后的板 厚实际值， 这种控制方式称为绝对A G C方式。 这时A G C功能在机架受载 1 0 0 m s 后参与调节， 其轧制 力由F S U L 2 的设定模型 设定， 应用在自 动方式操作上。 2 相对方式。当选择相对方式时， 各机架锁定板厚设定值Hs 为各机架受载2 s 后4 次板厚实际值 的平板厚实际值， H s 1 / 4 X Y- H i ， 式中， Hi 为实际测量板厚， 这时A G C 功能在机架经受2 s 后参与调 节， 这种控制方式应用在手动方法， 其轧制力由 手动输人给定。 A G C系统工作时绝对方法和相对方式是 1 3 0 冶金 自动化 2 0 0 4 年增刊 A G C保持A G C复位 轧制力设定和 A G C方式 人工千预 负荷继电器 ON/ OF F 绝对 / 相对 控制逻辑 人声入J j Mt,i L 所有影 响厚度 的因素 并行的 位置修 正总和 AS [ 一 } 车 L 辊热膨胀基准弯辊 力设定 I}I一口 轧辊偏心的自 适应 图 1 H A G C控制原理方框图 自 动切换的， 切换的依据是设定轧制力和实际轧制力差值或由操作人员干预。 3 . 2 A G C控制方式 压力A G C 。以轧制压力作为主自 变量， 以弹跳方程为基本模型的A G C控制方式， 属于反馈控制。 监控A G C 。以精轧出口的测厚仪实测的厚度差为自变量， 以弹跳方程确定厚差对辊缝的调节系数 的A G C 控制方式。属于反馈控制。 1 5 4 9 m m热连轧机上液压A G C控制模型， 由三部分组成， 即 6 S IA S A 十A S ,M 十△ S E 式中， ,}A S为辊缝修正量， 通过修正辊缝保证板厚; △ 凡 为压力方式 A G C的辊缝修正量， 它主要考虑轧制 力的变化和轧辊热膨胀; △ 勘 为监控A G C的辊缝修正量， 它主要考虑依赖于F 6 后面的测厚仪实现反馈 控制; I}l S 。 为偏心修正量， 它主要考虑轧辊不圆时对辊缝的影响。 3 . 2 . 1 △ 凡 的确定 当锁定辊缝形成后， 压力方式A G C功能有效， 这时模型计算的实际板厚H A 计算公式为 HA 二 S o -A S o S S B -} S , , -a S一乙 S A C 式中 S 。 为设定初始辊缝; HA 为模型计算的实际板厚。 影响的HA 共有6 个因素， 逐一对它们进行补偿。 1 零调弹跳量△ S o 当轧制力为某一压力值时的辊缝为零辊缝， 其轧辊弹跳量为,} S o ,,A S o F o / Ma 式中， F o 为辊缝零调时的轧制力; Mo 为上述轧制力时的轧机刚度。 太钢1 5 4 9 m m轧机F O -F 3 为1 5 0 0 t ; F 4 -F 6 为1 0 0 0 t ; 从 为上述轧制力时的轧机刚度， 本轧机 为6 0 0 t / m mo 2 机架弹跳量 S 5 ”F / M 3 弯辊力的影响S B 凡二凡/ K B X M 式中， 凡 为弯辊力; K B 为与宽度有关的系数。由于板型监控和动态板型控制的作用， 弯辊力在轧制过程 中是个变量， 弯辊力的变化会引起板厚的变化， 其变化量还与轧件的宽度有关。 4 油膜补偿,A S , 当转速变快时油膜变厚， 转速变慢时油膜变薄。当轧制力变大时油膜变小， 轧制力变小时油膜变 厚。公式为 ,A S ,, K ,. X K f f V X f F 1 3 1 冶金 自 动化 2 0 0 4 年增刊 式中， K v 为与支撑辊转速相关的系数， K v f V , K f 为与轧制力相关的系数， K f f F o 5 轧辊热膨胀的影响△ S W 轧 辊 在 轧 制 过 程中 会 产 生 膨 胀， 膨 胀 有 一 个 过 程， 当 经 过约5 0 s 后， 轧 辊 膨 胀约 达 到1 5 0 l .m ， 这时 辊径基本不再变化。当机架卸载时， 辊径同样要收缩， 但收缩过程要缓慢些， 约1 5 0 s 后基本达到原来直 径。 因 此， 1 5 4 9 m m轧机在轧制时直径按3 . 2 t m / s 膨胀变化率输人到1 5 0 ti m而停止。 抛钢后按 1 t c m / s 收 缩率输人直至1 5 0 s 后恢复原直径而停止。 6 上游机架修正量的影响△ S A O △ S A O { K 2 / 1 一K, } X A S ‘ 一 1 式中， K 2 / 1 -K , 为滤波常数; A S 1 4 H z ， 而且提高了产量和产品质量， 使带钢纵向厚差控制在士0 . 0 2 7 m m范围内， 促使太钢板带产 品纵向厚度质量达到世界一流水平。 〔 参考文献〕 [ 1 ] 赵 刚. 轧制过程的计算机控制系统[ M] . 北京 冶金工业出版社， 2 0 0 3 . [ 2 〕 孙一康. 带钢热连轧的模型与控制[ M ] . 北京 冶金工业出版社， 2 0 0 2 . [ 编辑 魏方] 1 3 3