Как и при горячей прокатке полос, основными регламентирующими параметрами точности прокатки холоднокатаных полос являются: толщина, ширина, плоскостность и поперечная разнотолщинность.
Принципы регулирования толщины и натяжения полосы базируются на процессах, происходящих в очаге деформации и межклетевых промежутках непрерывного стана.
Толщина полосы, выходящей из клети стана, будет
,
где S0 – раствор ненагруженных валков; Р – полная сила прокатки; Мк – модуль жесткости клети.
В приращениях это выражение выглядит так
.
Изменение исходного зазора между валками обусловлено рядом факторов: продольной разнотолщинностью подката (при отсутствии САРТиН она по характеру полностью повторяется на холоднокатаной полосе); перемещением валков нажимными устройствами; нагревом и износом валков, их эксцентриситетом; непостоянством масляного клина в подшипниках жидкостного трения при изменении скорости прокатки; воздействием силы принудительного изгиба валков.
Еще одним обязательным условием непрерывной прокатки является постоянство секундных объемов металла во всех клетях стана (при установившемся процессе прокатки)
V0H0 = v1h1 = v2h2 =…=v5 h5,
где V0 и H0 – скорость и толщина подката; v1h1… v5h5 значения скорости и толщины полосы в каждой из клетей НСХП.
На рис.136 показана структурная схема системы автоматического регулирования толщины (САРТ) полосы на пятиклетевом НСХП. При построении систем такого типа принято делить непрерывный стан на две части: входную (рис.136 а) и выходную (рис.136 б).
|
| Рис.136. Структурная схема системы автоматического регулирования толщины полосы при прокатке на одноклетевом СНХП: а – входная часть стана; б – выходная часть стана; РТ1, РТ2, РТ3, РТ4, РТ5 – регуляторы толщины клетей стана; ГНУ – гидронажимные устройства; Р – разматыватель; М – моталка; Т0; Т1; Т4; Т5 – толщиномеры; h0, h1, h3, h4, h5 – толщина полосы; v0, v1, v2, v3, v4, v5 – скорость движения полосы по межклетевым промежуткам; РС – регулятор скорости прокатки; 1-5 – клети НСХП |
На входном участке автоматическое регулирование толщины осуществляют в очагах деформации первой и второй клетей. При таком способе также возможны несколько вариантов регулирования.
Регулятор толщины полосы по возмущению, действующий
в функции толщины подката h0 перед первой клетью
Регулятор толщины РТ1 представляет собой контур упреждающего автоматического регулирования толщины, воздействующего на основе сигналов h0 измерителя толщины Т0, установленного перед первой клетью стана, на положение валков первой клети стана.Этот контур регулирования имеет смысл применять только в том случае, если первая клеть стана оборудована гидронажимным устройством (все НСХП последних 20 лет оборудованы ГНУ).
По мере прохождения полосы через измеритель толщины на входной стороне клети происходит накопление информации о продольной разнотолщинности полосы Dh в сдвиговом регистре. При поступлении каждого последующего участка полосы с известной разнотолщинностью Dh в очаге деформации клети контур пропорционального регулятора толщины РТ1 вырабатывает корректирующий сигнал DS1(k), поступающий в систему управления ГНУ и корректирующий положение валков первой клети.
Регулятор РТ1 особенно эффективен для подавления высокочастотных составляющих разнотолщинности поступающей в стан полосы.
Регулятор толщины по отклонению, действующий в функции
толщины полосы h1 на выходе из первой клети стана
Регулятор толщины РТ2 представляет собой контур автоматического регулирования толщины по отклонению, воздействующий на положение валков первой клети стана в функции сигналов h 1, измерителя толщины Т 1, установленного на выходе из первой клети стана. Регулятор толщины РТ2 функционирует как пропорционально-интегральный регулятор с транспортным запаздыванием в цепи измерения толщины.
Особенностью метода является наличие транспортного запаздывания t в контуре изменения толщины полосы. Его определяют как
t = l1 / v1,
где l1 – расстояние от очага деформации до измерителя толщины на выходной стороне клети; v1 – скорость полосы на выходе из клети.
Регулятор толщины полосы по отклонению РТ2 предназначен для устранения относительно медленных изменений толщины полосы воздействием на раствор валков клети. В связи с низким уровнем удельного натяжения полосы перед первой клетью НСХП регулирование толщины полосы в очаге деформации первой клети воздействием на заднее натяжение полосы в этих регуляторах неэффективно и не применяется.
Регулятор толщины по возмущению, действующий в функции показаний
измерителя толщины полосы h1 на выходе из первой клети стана
Регулятор толщины полосы PT3 представляет собой контур автоматического регулирования толщины полосы, воздействующий на скорость первойклети стана в функции сигналов h1 измерителя толщины Т1, установленного на выходе из первой клети стана. Регулятор толщины PT3 действует как упреждающий регулятор, воздействующий на формирование толщины полосы в очаге деформации второй клети стана.
Принцип действия регулятора толщины PT3 основан на законе постоянства потока массы (постоянства секундных объемов) металла через очаг деформации клетей
h 1 v 1 = h 2 v 2 ,
где v 1, v 2 – скорости полосы на выходе из первой и второй клети стана соответственно; h 1, h 2 – толщина полосы на выходе из первой и второй клети стана соответственно.
Для поддержания неизменной толщины полосы h 2на выходе из очага деформации второй клети стана относительное изменение скорости полосы на входе в очаг деформации второй клети стана должно быть равно относительному изменению толщины полосы на входе в очаг деформации второй клети стана, взятому с обратным знаком. Поскольку корректирующее воздействие осуществляется через регулятор скорости главного привода первой клети стана, уравнение (11.11)можно переписать следующим образом:
,
где w 1 и Dw 1 - угловая скорость рабочих валков первой клети стана и ее приращение (коррекция) соответственно.
Из-за колебаний скоростей вращения валков клетей, вызванных возмущениями, действующими на регуляторы скорости главных приводов клетей стана, нельзя гарантировать получение неизменной толщины полосы на выходе непрерывного стана только за счет автоматического регулирования толщины полосы во входной зоне непрерывного стана. Поэтому обязательным является применение регулятора толщины по отклонению в функции показаний измерителя толщины полосы, установленного за последней клетью стана – этот контур регулирования толщины поддерживает толщину полосы на выходе непрерывного стана на заданном уровне.
Структура контуров регулирования толщины в выходной зоне непрерывного 5-клетевого стана также показана на рис.136.
Регулятор толщины по отклонению на выходе непрерывного стана
Регулятор толщины РТ4 предназначен для выполнения функций «тонкого» регулирования толщины полосы на выходе непрерывного стана. Он функционирует как пропорционально-интегральный регулятор с транспортным запаздыванием в контуре измерения толщины полосы h 5. Принцип действия его основан на законе постоянства потока массы металла через последнюю клеть стана
h 4 v 4 = h 5 v 5.
При таком регулировании толщины полосы в очаге деформации последней клети стана сохраняется неизменным поток массы металла на входе в последнюю клеть стана – при этом скорости всех предыдущих клетей, а не только предпоследней клети, должны корректироваться.
Поскольку корректирующее воздействие осуществляется через регулятор скорости главного привода последней (пятой) клети стана (см. рис.136 б), то поток массы металла при этом не сохраняется неизменным, а изменяется пропорционально изменению толщины полосы на входе в последнюю клеть стана, и для поддержания неизменной толщины полосы на выходе из последней клети стана скорость последней клети должна изменяться пропорционально изменению толщины полосы h 5.
Регулятор толщины по возмущению на выходе непрерывного стана
Контур автоматического регулирования толщины РТ5 может использоваться для выполнения функций упреждающего регулятора толщины действующего в функции сигналов измерителя толщины Т 4,установлённого на входе в пятую клеть непрерывного 5-клетевого стана. В этом случае регулятор толщины РТ5 принципиально идентичен рассмотренному регулятору толщины РТ3 для входной зоны непрерывного стана.
При использовании упреждающего регулятора толщины применение регулятора толщины по отклонению с обратной связью по сигналам от измерителя толщины за последней клетью непрерывного стана является обязательным, поскольку упреждающий регулятор толщины не гарантирует получение заданной абсолютной толщины полосы на выходе стана, но существенно облегчает работу регулятора толщины на выходе непрерывного стана и способствует улучшению качества прокатанной полосы.
Автоматическое регулирование натяжения полосы
На рис.137 приведена структурная схема регулирования межклетевых натяжений полосы на непрерывном стане холодной прокатки. Контур регулирования натяжения (РН) для каждого межклетевого промежутка осуществляет коррекцию положения валков той клети стана, которая замыкает рассматриваемый межклетевой промежуток, путем воздействия на нажимное устройство (ГНУ) этой клети стана.
|
| Рис.137. Структурная схема системы автоматического регулирования и ограничения межклетевых натяжений на НСХП: Н1, Н2, Н3, Н4, – межклетевые натяжения полосы; РС – регуляторы скорости; РН – контур регулирования натяжения |
Контур регулирования межклетевого натяжения полосы представляет собой регулятор с обратной связью по отклонению регулируемого параметра.
Наряду с контурами регулирования межклетевых натяжений предусмотрен блок контуров ограничения межклетевых натяжений (см. рис.137), который воздействует на соотношение скоростей главных приводов клетей (групп клетей), расположенных вокруг возмущаемого межклетевого промежутка. Контуры ограничения межклетевых натяжений инициализируются в тех случаях, когда по тем или иным причинам контуры автоматического регулирования межклетевых натяжений не в состоянии поддерживать натяжение полосы на заданном уровне. В таком случае инициализируются контуры ограничения межклетевого натяжения, корректирующие соотношение скоростей клетей (или групп клетей), которые окружают межклетевой промежуток, вышедший из подчинения регулятору натяжения полосы.
Поскольку в случае возникновения такой ситуации может сильно возрасти разнотолщинность полосы, стан должен автоматически замедляться до восстановления работоспособности регулятора межклетевого натяжения либо до полной остановки стана. Такая ситуация может возникнуть, как правило, только в результате нарушений технологии или нарушений работы системы подачи технологической смазки, или достижения предельно допустимой величины силы прокатки в клети, или при отказе регулятора натяжения полосы.
Система автоматического регулирования толщины
и натяжения полосы НСХП 2030 ОАО НЛМК
На рис.138 приведена структурная схема системы автоматического регулирования толщины и межклетевых натяжений полосы непрерывного пятиклетевого стана холодной прокатки 2030 ОАО НЛМК.
|
| Рис.138. Упрощенная структурная схема регулирования толщины и натяжений полосы на стане 2030 холодной прокатки: СУ ГНУ – система управления гидронажимным устройством; Гц – гидроцилиндр; Т – измерители толщины; ИД – измерители длины; ИН – измерители напряжения; ИС – измерители силы прокатки; РС – регуляторы скорости прокатки |
На стане используют общепринятый принцип – условие сохранения постоянства секундного объема металла, проходящего через клеть стана.
Система работает следующим образом. Из УВМ по клетям выдаются задания по толщине и натяжению полосы, силе и скорости прокатки. Во всех клетях фиксируются сила прокатки (месдозами), скорость прокатки (тахогенераторами), в межклетевых промежутках – толщина (толщиномерами) и натяжение (измерителем натяжений) полосы. Сигнал с толщиномера за первой клетью сравнивают с заданным значением (уставкой) толщины и, в зависимости от величины отклонения, в системе управления ГНУ вырабатывается управляющий сигнал на изменение раствора валков в первой клети. Этот сигнал отрабатывается через систему регулирования давления в гидроцилиндрах первой клети. Неотработанные в первой клети ошибки передаются на последующие клети и устраняются изменением скорости и натяжения в межклетевых промежутках. Так, если толщина во второй клети возросла на 1% по отношению к заданной (это означает, что h 1 на 1% больше номинальной), то скорость V 1 уменьшается настолько, чтобы сохранился заданный секундный объем металла. Изменение натяжения в первом промежутке, вызываемое замедлением первой клети, компенсируется соответствующим уменьшением зазора во второй клети и т.д. Отклонения толщины на выходе стана, измеряемые толщиномером за пятой клетью, воздействуют на скорость пятой клети, а при выходе натяжения за заданные пределы оно возвращается изменением зазора в пятой клети.
Таким образом, грубое регулирование толщины полосы осуществляется в первой клети изменением зазора, а тонкое регулирование конечной толщины – изменением скорости пятой клети, приводящим к изменению натяжения между клетями 4 и 5.
При малых обжатиях в пятой клети в ней поддерживают постоянную силу прокатки, а толщину полосы регулируют в четвертой клети воздействием на скорость прокатки в этой клети. Возможно и использование нажимных устройств четвертой клети.