Способ регулирования скорости металла на многоклетьевом непрерывном стане горячей прокатки для обеспечения минимальных продольных тяговых усилий в металле с учетом неравномерного нагрева металла по его длине

 

Изобретение относится к прокатному производству, в частности к способам регулирования скорости металла на многоклетьевом непрерывном стане горячей прокатки. Изобретение обеспечивает минимальные тяговые усилия в металле при неравномерном нагреве металла по длине. Существо изобретения заключается в том, что при неправильном начальном определении скорости прокатки, которое проявляется в виде скачкообразного изменения нагрузочного момента на первой клети изменяют число оборотов двигателя первой кости. Определяют коэффициент согласования (K_A) за счет деления момента нагрузки предыдущей клети на момент нагрузки последующей клети, который запоминают на время прокатки данной заготовки в предыдущей клети. Изменяют масштаб всех следующих значений момента нагрузки за счет умножения на коэффициент K_A. В момент выхода заготовки из валков предыдущей клети определяют разность моментов нагрузки предыдущей клети до и после выхода заготовки и в зависимости от установленного максимального значения, а также от знака разности при прокатке последующей заготовки осуществляют подрегулировку числа оборотов электропривода валков предыдущей клети. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Для обеспечения минимальных усилий продольной подачи между приводами клетей стана горячей непрерывной прокатки необходимо, чтобы между следующими друг за другом клетями соблюдалось определенное соотношение чисел оборотов. Несогласованное регулирование скоростей ведет при прокатке к продольным усилиям в прокатываемом материале, вследствие чего приходят к неконтролируемой деформации материала при отрицательных продольных усилиях (растяжении) или к аварии при положительных продольных усилиях (подпоре).

Из-за больших температурных колебаний, повышенной влажности, большой концентрации пыли и из-за возможного контакта при аварии с горячим материалом и т. д. условия работы для электротехнических приборов и устройств в прокатном стане чрезвычайно трудны. Из-за такого положения дел применение специальных измерительных устройств (датчиков давления) делает соответствующее регулирование чувствительным к помехам. Также качество управления и ухода за такими устройствами должно быть оценено как критическое. Поэтому для эксплуатационников желательно надежная система регулирования скорости прокатываемого материала, которая базируется только на стандартной информации о работе приводов клетей прокатного стана, то есть требует в качестве измеренных величин только данных о токе якоря, о токе возбуждения и о числе оборотов.

Создание системы регулирования скорости для получения определенного соотношения чисел оборотов при минимальных усилиях продольной подачи между клетями при использовании исключительно стандартной информации о приводах клетей прокатного стана не является тривиальной задачей, потому что момент привода содержит не только составляющие тяги, но также компоненту для деформации профиля прокатываемого материала в прокатном стане, которая в значительной степени зависит от температуры подлежащего деформированию материала. Как видно, температура вдоль подлежащей прокатке заготовки (биллеты) непостоянна. При нагреве заготовки в печи лежит эта заготовка на направляющих, охлаждаемых водой. Таким образом, заготовка имеет зоны, которые меньше нагреты.

Уже был предложен способ регистрации фактических значений тяговых усилий для регулирования минимальных тяговых усилий в многоклетьевом прокатном стане при непрерывной прокатке (Р 42 20 121.7), по которому фактическое значение тяги определяется при учете неравномерных изменений тока вдоль заготовки исключительно по сравнению (балансу) тока. По этому способу в память вводятся взятые от входа в 1-ю клеть до входа во 2-ю клеть, отнесенные к начальному значению при входе в 1-ю клеть, статические значения нагрузочного тока. Момент входа прокатываемого материала во 2-ю клеть определяет число запомненных значений нагрузочного тока. Вновь запомненные при каждом проходе заготовки значения нагрузочного тока 1-й клети используются в качестве опорных величин для последовательной коррекции чисел оборотов приводов последующих клетей, синхронно с течение материала. Так как профиль температур из-за возникающего благодаря деформации в просвете между валками сглаживания материала не остается постоянным, то это решение использует подробно неразъясненную математическую модель для определения соответствующих корректирующих коэффициентов, с помощью которых корректируются опорные (эталонные) величины.

Практически для этого проводится образование усредненного значения запомненных величин. Полученные относительные значения нагрузочного тока заготовки на 1-й клети используются для коррекции заданного значения при регулировании скорости 2-й клети. Для этого умножается запомненное при входе материала во 2-ю клеть значение тока двигателя 2-й клети на расчетно определенное относительное значение статической нагрузки двигателя 1-й клети. Регулирование чисел оборотов привода (2-й клети фактически) проводится по разности из произведения и мгновенного значения нагрузочного тока 2-й клети. Для регулирования скорости третьей и всех последующих клетей этот алгоритм полностью повторяется, причем относительные значения нагрузочного тока 1-й клети, уже усредненные для коррекции заданного значения, постоянно каждый раз усредняются.

Описываемый способ имеет ряд недостатков. Процессы, протекающие в прокатываемом материале при его деформации между валками клетей, имеют разностороннюю природу и до настоящего времени однозначно не осознаны. В частности, известно, что различные слои металла прокатываются с различной скоростью, причем эти скорости зависят от таких факторов, как уровень прессования, калибрование, скорость прокатки и т.п. Растяжение материала из-за неточности регулирования может существенно изменить форму профиля температур. Так как названные факторы имеют непредвиденный характер, то искажение профиля температуры не может быть аналитически учтено с достаточной точностью с помощью модели. Опыты по учету профиля температур известны и подробно описаны в литературе. Такие опыты всегда из-за вышеуказанных причин оканчивались неудачей. Поэтому рассчитанные с помощью модели величины для коррекции заданного значения содержат ошибки. В конкретном случае получения среднего значения алгоритм дополнительно вносит замедление и с целью проведения коррекции вручную требует наблюдения за изменением профиля температур.

Поскольку регулирование проводится на базе чистого сравнения токов, то это ведет к большим погрешностям регулирования, когда регулирование числа оборотов привода клети прокатного стана происходит также в диапазоне ослабления возбуждения, так как в таких случаях, несмотря на постоянную нагрузку на валу двигателя, ток больше не постоянен.

Известный способ не содержит никакого самоконтроля качества регулирования по прохождению заготовки через клеть прокатного стана, чтобы затем автоматически провести коррекцию заданного значения регулирования скорости для прокатки ближайшей следующей заготовки.

Поэтому в основу изобретения положена задача создать работающий с более высоким качеством регулирования способ регулировки скорости прокатываемого материала в многоклетьевом стане непрерывной прокатки для обеспечения минимальных усилий продольной подачи, который работает исключительно на базе пропорционального моменту сигнала, получаемого из информации о реальных фактических значениях от приводов клетей прокатного стана, не требует никакого нагружения дополнительными корректирующими величинами с целью учета изменений профиля температуры и делает возможным независимое регулирование на любом участке прокатного стана, а также делает возможным с помощью самоконтроля автоматическую коррекцию заданного значения регулирования скорости для следующей заготовки.

Эта задача по изобретению решается с помощью технологических операций, приведенных в отличительной части пункта 1.

Предлагаемый способ регулирования скоростного режима в прокатных станах горячей прокатки для обеспечения минимальных усилий продольной тяги в прокатываемом материале при принятии во внимание неравномерности его нагрева вдоль заготовки базируется на использовании пропорционального моменту сигнала при свободной прокатке в каждой предшествующей клети в качестве эталонной величины для регулирования скоростного режима каждой последующей клети в прокатном стане. Способ, который последовательно осуществляется в несколько фаз, регулирует в первой фазе при неправильном начальном определении скорости прокатки предшествующей 1-й клети и последующей 2-й клети, которое проявляется при силовом замыкании между двумя клетями через прокатываемый материал в виде скачкообразного изменения нагрузочного момента на 1-й клети, возникающее отклонение за очень короткое время путем изменения числа оборотов 1-й клети. В течение присоединяющейся к первой фазе второй фазы также за очень короткое время за счет того, что последующие, выдаваемые из памяти, путем начального регулирования отрегулированные на минимальную тягу значения нагрузочных моментов сравниваются с соответственно текущими значениями нагрузочных моментов 2-й клети, образуется коэффициент согласования, на базе которого проводится соответствующее изменение величины всех последующих запомненных на первой клети значений моментов. В следующей за этим третьей фазе происходит до выхода прокатываемого материала из 1-й клети путем регулирования числа оборотов привода 2-й клети непрерывное регулирование возникающих между согласованными по своему масштабу, запомненными значениями моментов и текущими значениями моментов 2-й клети отклонений, благодаря чему гарантируется непрерывное регулирование режима свободной прокатки по всей длине заготовки. Но также возможно проводить регулировку в третьей фазе способа с помощью регулирования числа оборотов привода 1-й клети. В четвертой фазе осуществляется сравнение значений нагрузочных моментов на 2-й клети перед и после выхода прокатываемого материала из 1-й клети и в зависимости от разности производится корректирующая дорегулировка при прокатке последующей заготовки.

Этот процесс повторяется между всеми следующими друг за другом клетями прокатного стана.

Рациональные модификации способа могут быть взяты из пунктов 2 и 3 формулы.

Так как предлагаемый способ работает на базе реальной информации о фактических значениях для прокатываемого материала, которые получаются с помощью привода клети, для реализации его не требуется никакой предварительной информации о характеристиках материала, а также не нужна никакая математическая модель для процесса прокатки, то достигается высокая точность. Способ позволяет, далее независимое регулирование скоростного режима на каждом участке прокатки и осуществляет после каждого прохода заготовки коррекцию скоростного режима при прокатке ближайшей заготовки. Так как необходимо пропорциональные нагрузочному моменту значения от клетки до клетки постоянно заново вводятся в память, то могут быть миниминизированы ошибки, возникающие за счет времени прохождения, в конечном результате регулирования скорости.

Для подробного разъяснения изобретения делается ссылка на чертежи.

На Фиг. 1 показано течение процесса с помощью прохождения сигнала в блок-схему; на Фиг. 2 изменение кривой нагрузочных моментов в двух следующих друг за другом клетях прокатного стана за время t. Способ описывается с помощью представленных на фиг. 1 функциональных блоков, служащих для получения корректирующей величины, которая из выходного блока 8 собственно цифрового задания регулятору для регулирования минимального тягового усилия подводится в виде дополнительной заданной величины. С момента t₀ начала первой прокатки заготовки прокатываемого материала в соответственно 1-й клети прокатного стана (n-1) из двух следующих друг за другом клетей прокатного стана до момента времени t₁ входа заготовки во вторую клеть (n) в блоке 1 для воспроизведения в нелинейной фильтрации сигнала о моментах приводов 1-; и 2-; клети определяется статический момент M_s 1 при свободной прокатке. Для этого к блоку 1,1 подводится в виде фактических значений привода 1-; клети ток I₁ якоря, число оборотов W₁ и магнитный поток f₁ возбуждения электродвигателя. Так как рассчитанный из фактических значений момент M_dv двигателя содержит еще составляющую ускорения или замедления, то статический момент M_s определяется по формуле: M_s M_dv-T₁W₁ где T₁ электромеханическая постоянная времени двигателя, W 1-я производная числа оборотов.

Значения статических нагрузочных моментов, определяемые непрерывно таким образом, передаются модулю 2 для занесения в память. Так как в этой фазе отсутствует силовое взаимодействие между клетями, соответствует запомненной процесс необходимым технологическим требованиям свободной прокатки при учете всех специальных свойств подаваемого прокатываемого материала; как температурная и геометрическая стабильность заготовки. С момента времени t₁ входа прокатываемого материала во 2-ю клеть из блока логики 3, который определяет временные интервалы прокатки в 1-й и во 2-й клетях, а также последовательность дальнейших регулировочных операций, сигнал подается к блоку 2 памяти, благодаря чему этот блок считывает записанные значения момента M_s1 в последовательности их предшествующего запоминания. Выдаваемые значения M_s1, иначе говоря, становятся больше ненужными и стираются при вводе новых значений в блок 2. Синхронно определяются и выдаются блоков 1, 2 значения статических моментов M_s2 на 2-й клети. В момент входа прокатываемого материала во 2-ю клеть возникает силовое замыкание через прокатываемый материал между клетями, причем проявляется неоткорректированная начальная установка скоростей прокатки 1-й и 2-й клетей и, следовательно, наличие растяжения или подпора в виде скачкообразного изменения нагрузочного момента 1-й клети.

На фиг. 2 это изменение обозначено как M_s1. Чтобы иметь возможность отрегулировать это отклонение, в предусматриваемом для начального регулирования блоке 4 запоминается значение момента M_s1(t-) свободной прокатки в 1-й клети непосредственно перед входом прокатываемого материала во 2-ю клеть, причем является задаваемой небольшой единицей времени. Когда разность моментов при прокатке 1-й клети перед и после входа прокатываемого материал во 2-ю клеть достигает максимально допустимого по технологическим требованиям значения, то с помощью соответствующего стандарту алгоритма пропорционально-интегрального (P1) регулирования в блоке 4 регулируется отклонение между запомненным значением момента и текущим значением момента M_s1(t) с помощью изменения чисел оборотов привода 1-й клети до потребной минимальной величины. Так как эта регулировка производится с максимальной скоростью и заканчивается после короткого временного интервала t₁ изменения момента из-за температуры и геометрии заготовки невелики и не приносят с собой значительных ошибок в результате регулировки. В качестве результата к моменту времени t₁+t₁ имеется эталонный, согласованный по скорости на первом отрезке на минимальную величину тяги режим прокатки.

После отработки начального отклонения в регуляторе начинается согласование эталонного нагрузочного процесса, для чего считываемый из блока 2 процесс изменения статического момента при свободной прокатке в 1-й клети отбирается с учетом нагрузочных кривых 2-й клети. Так как между клетями после отработки начального отклонения на первом отрезке за короткий интервал времени, очевидно, нет никаких растягивающих или сдвигающих усилий, то, следовательно, можно исходить из того, что значение статического момента прокатки на 2-й клети за короткий интервал соответствует требуемому технологическому режиму свободной прокатки и процесс согласования относится к изменению величины значения момента при свободной прокатке заготовки в 1-й клети, а именно так, что его первые значения равны первым значениям статического момента прокатки 2-й клети в определенном интервале. Этот процесс выполняется по заложенному в блок 5 алгоритму регулирования до тех пор, пока благодаря изменению коэффициента отклонение, которое существует между считываемым из блока 2 значением статического момента прокатки 1-й клети и значением определенного в блоке 1, 2 статического момента прокатки 2-й клети, не достигает значения, равного нулю. Так как эта регулировка также реализуется с максимальной скоростью, то за очень короткий временной интервал в блоке 5 будет иметься значение согласующего коэффициента K_A статического момента свободной прокатки 1-й клети и там запоминается для длительности прокатки соответствующей заготовки, чтобы загрузить ее при значении момента M_s1, которое должно считываться из этого блока.

С завершением определения коэффициента согласования к моменту времени t₂ происходит до выхода заготовки из 1-й клети до момента времени t₃ с помощью регулирования числа оборотов приводов 2-й или 1-й клетей отработка колебаний между эталонными величинами момента, которые были запомнены в блоке 2 и были изменены с помощью коэффициента согласования в блоке 5, и непрерывными текущими значениями статических нагрузочных моментов 2-й клети. В этой же фазе способа с помощью заложенного в блок 6 пропорционально-интегрального (P1) алгоритма регулирования гарантируется постоянное регулирование режима свободной прокатки (при минимальном растяжении и без подпора) по всей длине заготовки. При выходе заготовки из 1-й клети одновременно проводится оценка проведенного регулирования. В момент выхода прокатываемого материала из валков 1-й клети неправильное регулирование скоростей прокатки 1-й и 2-й клетей и, следовательно, тем самым, наличие растяжения или подпора в системе выражается в скачкообразном изменении нагрузочного момента 1-й клети. Для этого в блоке 7 для анализа и коррекции скоростного режима запоминается величина момента прокатки привода 2-й клети непосредственно перед выходом прокатываемого материала из валков 1-й клети. Если разность моментов прокатки перед после выхода прокатываемого материала из валков 1-й клети превышает установленное максимальное значение, то регулятор с помощью запомненного в блоке 7 алгоритма регулирования осуществляет коррекцию скорости прокатки для ближайшей заготовки. При этом в зависимости от знака разности скорость 1-; клети при прокатке ближайшей заготовки изменяется линейно. Правда эти изменения должны быть для заготовки только очень небольшими, и именно такими, что регулирование до средней корректирующей дорегулировки осуществляется только небольшом числе заготовок (5 10).

Формула изобретения

1. Способ регулирования скорости металла на многоклетьевом непрерывном стане горячей прокатки для обеспечения минимальных продольных тяговых усилий в металле с учетом неравномерного нагрева металла по его длине, включающий использование в качестве исходной величины для согласования скоростей между двумя следующими непосредственно друг за другом прокатными клетями пропорциональных моменту нагрузки статистических сигналов, определяемых и записываемых в запоминающее устройство при свободной прокатке каждой заготовки в первой из двух прокатных клетей, отличающийся тем, что записанное в момент (t₁-) непосредственно перед входом заготовки в последующую клеть (n) мгновенное статическое значение момента нагрузки предыдущей клети (n-1) сравнивают с определенным в момент (t₁) входа заготовки в последующую клеть (n) на предыдущей клети (n-1) статическим моментом нагрузки причем, если разность Ms1, полученная путем сравнения значений моментов нагрузки, достигает максимально допустимого по технологическим требованиям значения, начальное расхождение между запоминаемым значением момента нагрузки и текущим значением момента нагрузки Ms1_(t) до требуемой минимальной величины компенсируют путем изменения числа оборотов электропривода предыдущей клети (n-1), в момент входа t₁ заготовки в последующую клеть (n) запомненные статические значения моментов нагрузки Ms1 предыдущей клети (n-1), калиброванные начальной компенсацией на минимальное продольное тяговое усилие, выводят из запоминающего устройства в порядке их предыдущего ввода, с момента (t₁+t₁) окончания компенсации начального рассогласования следующие непосредственно выведенные из запоминающего устройства значения момента нагрузки Ms1 делят на соответствующие текущие моменты нагрузки Ms2 последующей клети (n), образуемый таким образом коэффициент согласования К_А запоминают на время прокатки соответствующей заготовки в предыдущей клети (n-1) и изменяют масштаб всех следующих калиброванных значений момента нагрузки Ms1 из свободной прокатки заготовки в предыдущей клети (n-1) за счет умножения на коэффициент согласования К_А, в момент окончания определения коэффициента согласования К_А до выхода заготовки из валков предыдущей клети (n-1) либо за счет изменения числа оборотов последующей клети (n), либо за счет изменения числа оборотов электропривода предыдущей клети (n-1) компенсируют отклонение текущих значений статического момента нагрузки Ms2_(t) последующей клети (n) от калиброванных и посредством коэффициента согласования К_А согласованных с процессом нагрузки статических моментов нагрузки в момент t_з выхода заготовки из валков предыдущей клети (n-1) определяют разность моментов нагрузки предыдущей клети (n) до и после выхода заготовки и в зависимости от установленного максимального значения, а также от знака разности при прокатке последующей заготовки осуществляют корректирующую подрегулировку числа оборотов электропривода валков предыдущей клети (n-1).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что корректирующую подрегулировку осуществляют линейно по нескольким заготовкам.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что при изменении скорости электропривода одной из клетей производят пропорциональное изменение скорости электроприводов всех предыдущих и последующих клетей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2