Cómo controlar la forma de la placa durante el proceso de laminación de acero
Estudio comparativo de la tecnología de control de planitud del laminador de acero de banda ancha
Zhang Huanglunwei et al.
Zhang Huanglunwei et al.
Utilizando simulación de software Utilizando este método, combinado con la producción real, se realizó un estudio comparativo de las principales tecnologías de control de planitud del mundo desde dos aspectos: eficiencia del control de planitud y rendimiento integral de laminadores de placas y bandas. Los resultados de la investigación no sólo son útiles para la selección de laminadores de placas y bandas y la configuración de la tecnología de planicidad, sino también para la creación de tecnología de planicidad avanzada.
Laminador de placas y bandas; tecnología de planicidad; estudio comparativo
Número de clasificación PG 335.11
Estudio comparativo de la tecnología de control de planitud del laminador de acero de banda ancha
Zhang Huanglunwei et al
(Escuela de Ingeniería Mecánica de la UST, Beijing, Beijing 100083, China)
Investigaron y compararon las principales tecnologías avanzadas de control de forma actuales, y Se adoptaron métodos de cálculo numérico. Se simuló la matriz de acción de ajuste de planitud de estos actuadores y el rendimiento general de control de planitud del laminador. Las conclusiones de la investigación no sólo son beneficiosas para el diseño de laminadores de bandas y la selección de actuadores de control de planitud, sino también para la creación de nueva tecnología avanzada de control de planitud.
Laminador de placas y bandas; tecnología de control de forma; estudio comparativo
Desde la década de 1970, el mercado se ha vuelto cada vez más exigente en cuanto a la calidad de la planitud y la promoción de la tecnología de control de la planitud se ha convertido en un objetivo. Tecnologías clave en la producción de chapas y flejes. Centrándose en el desarrollo de la tecnología de control de planitud, ha aparecido en el mundo una nueva generación de laminadores de placas y bandas de alta tecnología de diferentes modelos, como HC, CVC, UC, K-WRS y PC. Estos laminadores tienen su propia tecnología simbólica de control de planitud, complementada con muchas otras tecnologías generales de control de planitud (como doblado por rodillo, doblado por rodillo, doblado por rodillo).
La tecnología de control de forma es una tecnología de proceso con una forma de equipo específica. Su rendimiento de control de forma está relacionado con las condiciones de su propio equipo, como la estructura y el tamaño del sistema de rodillos (número de rodillos, diámetro, longitud de los rodillos). , etc.), así como las condiciones del proceso, como la fuerza de laminación, el ancho del material rodante, etc. Por lo tanto, es necesario estudiar y comparar la tecnología de control de planitud desde dos aspectos: la eficiencia del control de planitud y el rendimiento del laminador de placas y bandas en función de las condiciones conocidas del equipo y del proceso.
1 Definición del efecto de control de planitud[1]
El efecto de control de planitud es la forma del espacio del rodamiento del laminador bajo la acción de la cantidad de ajuste unitario de la tecnología de control de planitud. cambio en la dirección del ancho de la tira, la fórmula es la siguiente:
(1)
Donde: e(x)-función de eficacia de control de planitud, que puede ser un polinomio simple o Alto -polinomio complejo de orden; GF(x)-función del cambio en la forma del espacio entre rodillos del rodamiento; s-ajuste generalizado (fuerza o desplazamiento en la dirección del ancho de la placa);
El efecto de ajuste también se puede expresar mediante el valor discreto del cambio en la forma del espacio del rollo a lo largo de la dirección del ancho causado por la cantidad de ajuste de la unidad:
E=[e1, e2 ,…,ei,…] (2)
En este momento se utiliza la matriz de eficacia de control en forma de E.
La forma mencionada anteriormente de efecto de control de planitud se puede expresar como el efecto de control de la tecnología de control de planitud sobre varios indicadores descriptivos (convexidad, forma de cuña, adelgazamiento de los bordes y abombamiento local) de la forma del espacio entre los rodillos del rodamiento.
En el sistema de control automático de planitud, la matriz de eficiencia del control de planitud se puede expresar como el cambio en la pretensión de la tira a lo largo de la dirección transversal causado por el ajuste de la unidad de tecnología de control de planitud. La fórmula es la siguiente:
E=[q1, q2,…,qi,…] (3)
Entre ellos, m es el número de secciones medidas por el medidor de forma de placa dentro del rango de ancho de placa ; qi——preformación de la tira en la sección I Cambios en la tensión de tracción.
El efecto del control de la forma de la placa se puede determinar mediante dos métodos: experimento o simulación de software. El método experimental debe llevarse a cabo en un laminador experimental de la misma escala o directamente en un laminador de producción, lo cual es difícil. El método de simulación de software es rentable y puede simular de manera flexible diversas condiciones de rodadura, por lo que se utiliza ampliamente.
Comparación de simulación de los efectos de control de planitud de dos tecnologías de control de planitud
El efecto de control de planitud puede describir con precisión las ideas de control de planitud y las características de control de la tecnología de control de planitud. Para estudiar y comparar tecnologías de control de planitud, primero debemos estudiar y comparar su efectividad en el control de planitud.
Utilizando el método de elementos finitos y el método de función de influencia, se simulan las principales tecnologías de control de planitud utilizadas actualmente: CVC, HC, PC, K-WRS, DSR, rodillo de flexión y control de planitud de ángulo de reducción. Los resultados se muestran en las Figuras 1 y 2.
La ordenada de cada figura es el cambio de la abertura del espacio entre rodillos en unidades de 0,001 mm, y la abscisa es la distancia desde la línea central de la tira y el ancho de la media placa. DI es el diámetro del rodillo intermedio, DB es el diámetro del rodillo de respaldo, B es el ancho de la placa y P es la fuerza de rodadura total. Las formas de las curvas y las expresiones funcionales correspondientes en la figura muestran la magnitud y las características de la eficacia del control de la forma de cada técnica de forma.
Figura 1 6 Simulación de tecnología de control de forma. La abscisa es la relación entre la distancia de la línea central de la tira y la mitad del ancho (r); la ordenada es el cambio en la apertura del espacio entre rodillos en unidades de 0,001 mm (γ) (a) CVC de cuatro rodillos, (b) CVC de seis rodillos; CVC,
(c) UC, (d) PC, (e) K-WRS, (f) flexión asimétrica de rodillos e inclinación de apriete.
La Figura 1 simula las acciones de ajuste de forma de seis actuadores de control de forma
Figura 2 El efecto de ajuste de cada bloque del rodillo de trabajo DSR y del rodillo de doblado.
Figura 2 Efecto de ajuste de forma del controlador de placa plana y doblado WT en DSR
Como se puede ver en la figura, los efectos de control de forma de CVC, HC, PC y doblado de rodillo simétrico La tecnología son todos iguales. Son simétricos y se componen principalmente de componentes secundarios, de los cuales el cuarto componente es el más común: el rodillo de doblado medio y el rodillo de trabajo del laminador CVC de seis alturas, el rodillo transversal del PC. laminador y doblador de rodillos medio del laminador UC.
El efecto de control de la forma de la placa de la tecnología de inclinación de prensado y doblado de rodillo asimétrico es asimétrico y el efecto de control general es obvio. Excepto por una simetría de alto orden, el efecto de control de planitud del ajuste de presión del bloque de presión único de DSR es asimétrico y tiene un cierto efecto de control local. La presión de moldeo general de DSR se puede dar en varios métodos de distribución simétricos o asimétricos, proporcionando así varios efectos de control de planitud simétricos o asimétricos. k? El rodillo de trabajo del laminador RS no tiene función de control de planitud, pero su función es uniformar el desgaste.
Además, la eficiencia del control de planitud en la figura se calcula bajo cierto ancho de placa, diámetro del rollo, longitud del rollo y fuerza de rodamiento. Investigaciones adicionales pueden revelar que:
(1) La relación entre el ancho de la placa y la longitud del rodillo tiene un cierto impacto en la eficiencia del ajuste. A medida que aumenta la relación, aumenta la eficiencia de regulación de diversas técnicas de control de la forma de la placa, especialmente el cuarto componente aumenta más.
(2) La eficiencia de control de varias tecnologías de control de planitud tiene diferente sensibilidad a los cambios en el diámetro del rodillo. Por ejemplo, la flexión del rodillo de trabajo es sensible a los cambios en el diámetro del rodillo, mientras que el CVC es básicamente independiente del diámetro del rodillo.
(3) La presión de rodadura promedio por unidad de ancho de placa tiene un impacto en la eficiencia del control de planitud de algunas tecnologías de control de planitud. De la comparación se puede ver que la tecnología de control de planitud que utiliza la fuerza como cantidad de ajuste básicamente no se ve afectada, mientras que la tecnología de control de planitud que utiliza la forma del rollo y el enderezamiento de la tensión como cantidad de ajuste aumenta con el aumento de la presión de laminación.
3 El papel de la eficacia del control de forma en el sistema de control
La eficacia del control de forma es la premisa y el destino del diseño de la estrategia de control de forma en el sistema de control automático de forma. determina la estrategia de control de planitud adoptada, la forma de la función de evaluación del efecto de control y los métodos de solución para ajustar los valores establecidos de varias tecnologías de control de planitud, que es la base para establecer el modelo de control automático de planitud. Entre los tres tipos existentes de modelos de control de retroalimentación de bucle cerrado, la influencia del efecto de control de forma en el modelo de control automático de forma es obvia [2].
3.1 Basado en la clase de reconocimiento de patrones
Para la tecnología de control de planitud con una función de eficacia de control de planitud simple, la señal de planitud medida se descompone en correspondientes para cada uno de los tres modos de eficacia de control. Función:
Se obtienen los valores mínimos, que se utilizan directamente para determinar la cantidad de ajuste del punto de ajuste para diversas técnicas de control de planitud.
3.2 Clase de función de evaluación basada en el método de mínimos cuadrados
Para la tecnología de forma de placa con funciones complejas de eficacia de control de forma de placa, no se necesita reconocimiento de patrones y se aplica el principio del método de mínimos cuadrados lineales. se utiliza directamente para establecer placas discretas Función de evaluación del efecto de control de forma para resolver la cantidad de ajuste de cada valor de configuración de la tecnología de control de forma:
(6)
Determinar el valor mínimo,
[S] p×1 =[A]-1p×p[R]p×1(7)
En la fórmula, a es la matriz de eficiencia del control de la forma de la placa; matriz de valor de medición de planitud.
3.3 Clase de función de evaluación basada en parámetros de planitud
Primero, el valor de planitud medido se ajusta a un polinomio completo de cuarto orden mediante el método de mínimos cuadrados:
y(x)=λ+λ1x+λ2x 2+λ3x 3+λ4x 4(8)
Luego conviértalo en parámetros de forma para expresar la efectividad del control de forma.
Al mismo tiempo, el objetivo de control de forma plana se expresa como una función de evaluación del efecto de control simétrico y asimétrico ponderado basada en parámetros de forma plana. La cantidad de ajuste de cada valor de configuración de la tecnología de control de planitud para alcanzar el valor mínimo se determina directamente mediante el método de exploración de escalada.
Los tres modelos anteriores son tres estrategias de control diferentes y modelos matemáticos utilizados para controlar diferentes tecnologías de planicidad.
Definición del índice de rendimiento del control de planitud del laminador de bandas y de 4 placas
La esencia del control de planitud es controlar la forma de la holgura del rodamiento. El principio de control de planitud de varias tecnologías de control de planitud es controlar la forma de la holgura del rodamiento. Durante el proceso de laminación, los factores de interferencia que afectan la forma de la pieza laminada (forma del espacio del rodamiento) son principalmente cambios de forma del rodillo (laminador) y fluctuaciones de la fuerza de laminación (pieza laminada). Un laminador de bandas con excelente rendimiento de control de planitud debe tener un rango ajustable suficientemente grande de forma de la separación del rodamiento y fuerza de laminación, así como cambios de forma del rodillo.
4.1 Dominio de control de la forma del espacio entre rodillos
El rango de control de la forma del espacio entre rodillos es la forma del espacio entre rodillos de cada tecnología de control de planitud del laminador (convexidad, forma de cuña, adelgazamiento de bordes y convexidad local). A partir de) el rango de control máximo de cada indicador de descripción. Sin embargo, generalmente la curva de separación entre rodillos dentro del ancho de la tira se puede representar mediante valores discretos. La convexidad cuadrática y la convexidad cuarta de la curva se pueden obtener mediante ajuste polinómico. El rango de control máximo de la convexidad de separación entre rodillos se establece en el sistema de coordenadas. Se llama corona con separación entre rodillos.
4.2 Rigidez transversal del espacio entre rodillos
Por un lado, el laminador debe tener flexibilidad ajustable para soportar la forma del espacio entre rodillos y, por otro lado, debe tener la capacidad de mantener la separación entre rodillos en presencia de fluctuaciones y perturbaciones de la fuerza de rodadura. La capacidad de estabilizar relativamente la forma, es decir, la rigidez de la separación entre rodillos, se define por la rigidez transversal de la separación entre rodillos k:
K=. △q/△Cw (9)
Donde - presión de laminación q La cantidad de cambio;—El cambio en la convexidad del espacio entre rodillos corresponde a.
4.3 rodillo autosostenible (estabilidad)
Durante el período de servicio, continúa produciéndose desgaste superficial de cada rodillo del laminador. Después del rectificado descendente, se puede medir la curva del perfil de la superficie del rodillo desgastado y luego restarla de la curva del perfil del rodillo inicial antes del rectificado ascendente, la curva de distribución del desgaste relativo (punto medio o borde) de la superficie del rodillo durante el período de servicio. se puede obtener, lo que se denomina curva de desgaste del rodillo o patrón de rodillo de desgaste. El parámetro de automantenimiento Rw del tipo rodillo se define como:
Rw=1,0-Wmax. Longitud/ancho (10)
Entre ellos, Wmax - es el desgaste relativo máximo en la dirección del ancho; lw - el ancho de la curva de desgaste k - la relación entre el diámetro y la longitud del rodillo.
Si la superficie del rodillo se desgasta uniformemente, el rodillo tiene el mejor rendimiento de autorretención, es decir, estabilidad del rodillo, RW = 1,0. En la producción real, además del pelado superficial local, las curvas de desgaste de los rodillos son en su mayoría curvas suaves aproximadas (tipo C, polinomio de orden alto o bajo), "trapezoide" (tipo T), "en forma de escalón" ( Tipo S), Orejas de "gato" (tipo ce).
El desgaste desigual de la superficie del rodillo provoca cambios en la forma del espacio del rodillo y en la eficiencia del control de algunas tecnologías de control de planitud. El dominio de ajuste del espacio entre rodillos representa la elasticidad de ajuste del espacio entre rodillos, y la rigidez lateral del espacio entre rodillos representa la estabilidad del espacio entre rodillos cuando cambia la fuerza de rodadura. Al establecer el sistema de coordenadas Cw-Cq-q y utilizar el ancho de laminación b como variable de parámetro, se puede obtener un gráfico tridimensional que describe el rendimiento del control de planitud del laminador. Si el rollo tiene buena autorretención, el perfil tridimensional de las propiedades de control de forma permanecerá constante durante toda la vida del rollo.
Las características de flexibilidad y rigidez del ajuste de la separación entre rodillos y el automantenimiento de la forma del rodillo son la base principal para comparar el rendimiento del control de forma de los laminadores de placas y bandas.
El efecto de control de planitud es una característica de la tecnología de control de planitud y también es el "elemento" básico que determina las características de control de planitud de los laminadores de placas y bandas. Por lo tanto, comparar el rendimiento del control de planitud de los laminadores de placas y de bandas también puede ilustrar las ventajas y desventajas de la tecnología de control de planitud.
5 El efecto de control de planitud determina el rendimiento del laminador de placas y bandas.
El plan de configuración de la tecnología de control de planitud del laminador de placas y bandas determina el modelo del laminador y su planitud. estrategia de control: "espacio entre rodillos flexible" o "espacio entre rodillos rígido". Si se trata de mejorar la rigidez lateral del espacio entre rodillos, se denomina tipo de espacio entre rodillos rígido.
El laminador CVC y el laminador PC son del tipo de separación entre rodillos de alta flexibilidad y baja rigidez, es decir, el tipo de separación entre rodillos flexible; el laminador HC (UC) es del tipo de separación entre rodillos de baja convexidad y alta rigidez. es decir, del tipo con separación entre rodillos rígidos. La tecnología de rodillo de respaldo VCL (VCR) puede mejorar la rigidez del espacio entre rodillos, de modo que el rodillo de respaldo tenga un excelente automantenimiento de la forma del rollo y también pertenece al tipo de espacio entre rodillos rígido. La tecnología DSR permite un control flexible y rígido de la separación entre rodillos.
Comparación del rendimiento integral de 6 tipos de laminadores de chapas y flejes
Los principales tipos de laminadores de chapa y flejes en caliente y en frío son los convencionales de cuatro rodillos, CVC, HC (UC), PC, K? RS, VCL (VCR), DSR, etc. A través de simulación de software e investigación de prácticas de producción, se comparó el rendimiento integral de varios tipos de laminadores de placas y bandas desde ocho aspectos, como se muestra en la Tabla 1.
Tabla 1 Comparación integral del rendimiento de trenes de laminación de placas y bandas
Tabla 1 Comparación completa del rendimiento de trenes de laminación de placas y bandas
Proyecto CVC HC convencional de cuatro alturas (UC) PC K-WRS VCL(VCR) DSR
¿Se moverá el volumen? Sí sí sí sí sí no no.
Dominio de control de la forma del espacio entre rollos C A A A C B B A
Rigidez transversal del espacio entre rollos cc cc aa aa
Fuerza de autorretención de la forma del rollo, cc, cc, bb, bb
p>Estabilidad de rodadura bb bb bb aa
Consumo de rodadura
Consigue una rodadura libre
Estructura y mantenimiento sencillos
Evite una fuerza axial excesiva.
Forma de rodillo y rodillo de molienda simple A C B A A C C A
Los resultados de la comparación muestran además que varios tipos de laminadores de placas y bandas tienen sus propias ventajas y desventajas, y ningún tipo de máquina tiene ventajas absolutas. .
En particular, todos los modelos tienen deficiencias obvias: la curva del rodillo CVC se daña fácilmente con el desgaste y la distribución de la presión de contacto entre los rodillos tiene forma de S, lo que provoca un desgaste grave y desigual del rodillo de soporte (y del trabajo). rollo). La distribución de la presión de contacto entre los rodillos del laminador HC (UC) es triangular, lo que da como resultado un pico de presión de contacto mayor en el extremo del rodillo, lo que provoca un pelado de la superficie del rodillo, un mayor consumo de rodillo y el número de cambios de rodillo. La estructura mecánica del laminador de PC es compleja y la fuerza axial de los rodillos de trabajo es grande, lo que dificulta la coincidencia con el punto de intersección de la línea central del ancho del laminado. La "caja de desgaste" desigual entre los rodillos de trabajo superior e inferior de los laminadores en caliente RS y CVC conducirá inevitablemente a espacios asimétricos entre los rodillos después de que los rodillos de trabajo estén desalineados, lo que resultará en cuñas, ondas unilaterales e incluso desviaciones. Sin embargo, las fábricas de PC evitan estos problemas porque los rodillos no se mueven. El laminador K-WRS que utiliza rodillos planos convencionales no contribuye al control de la planitud, pero si se utilizan rodillos de trabajo con curvas especiales, también puede desempeñar un papel en el control de la planitud. El laminador K-WRS puede dispersar y suavizar el desgaste, proporcionando condiciones para la laminación en caliente de libre programación, mientras que las tecnologías CVC, HC (UC) y PC no tienen esta capacidad.
7 Conclusión
La investigación comparativa demuestra además que todas las tecnologías actuales de control de formas planas tienen ventajas y limitaciones, y aún están en desarrollo y son inmaduras. Por un lado, añade dificultad a la selección de laminadores de placas y bandas y a la configuración de la tecnología de control de planitud. Por otro lado, también deja mucho espacio para la innovación en la tecnología de control de planitud. Por lo tanto, la investigación sobre la planitud ha sido un tema de vanguardia y candente en los últimos años. La tecnología Shape se está desarrollando hacia la serialización y la integración. La serialización se refleja principalmente en el desarrollo de la tecnología de control de la forma de la placa para cada stand del laminador continuo, teniendo en cuenta la configuración del paso de laminación de la forma de la placa, centrándose en el laminador y desarrollando simultáneamente el enfriamiento laminar de laminación en caliente, laminación de acabado de laminación en caliente. , laminado en frío y decapado, etc. Tecnología de control de forma plana para laminado en frío, alisado y acabado de laminado. La integración se refleja principalmente en la tecnología integrada de control de forma de los laminadores en caliente y en frío, que integra la configuración de la máquina, el diseño de la forma del rodillo, los sistemas de proceso y los modelos de control.
Zhang (Escuela de Ingeniería Mecánica, Universidad de Ciencia y Tecnología de Beijing, Beijing 100083)
Huang Lunwei (Escuela de Ingeniería Mecánica, Universidad de Ciencia y Tecnología de Beijing, Beijing 100083)
Zhou Xiaomin (Escuela de Ingeniería Mecánica, Universidad de Ciencia y Tecnología de Beijing, Beijing 100083) Escuela de Ingeniería Mecánica, Beijing 100083)
Referencias
1. Lunwei. Investigación sobre tecnología de planitud DSR: [Disertación]. Beijing: Universidad de Ciencia y Tecnología Beijing, 1999.3
2 Zhang. Detección de forma plana y control automático de acero de banda ancha laminado en frío. Acero, 1999 (10): 69