автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Управление профилем и планшетностью при горячей прокатке полос с осевым перемещением и секционным охлаждением рабочих валков

липецкий государственный технический университет

На правах рукописи

г'л :и - у

БАРЫШЕВ Вадим Владимирович

УДК 621. 771. 023

УПРАВЛЕНИЕ ПРОФИЛЕМ И ПЛАНШЕТНОСТЬЮ

ПРИ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКЕ ПОЛОС С ОСЕВЫМ ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ И СЕКЦИОННЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ РАБОЧИХ ВАЛКОВ

Специальность 05. 16. 05 «Обработка металлов давлением»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Липецк — 1994

Работа выполнена • в Липецком Государственном техническом университете .

-Научный руководитель:" кандидат технических наук/ доцент ТРЕТЬЯКОВ В. А.

Научный консультант: доктор физико-математических наук, -.профессор БЛШИН С. Л.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ГОРЕЛИК В.С. • кандидат технических наук, доцент ПЬШЕНКОВ Б. И.

Ведущее предприятие: . АО "Северсталь" (г. Череповец)

Занята состоится 24 ноября 1994 г. в 1200 часов на заседании диссертационного совета ; Л 064.22.02 в Липецком Государственное техническом университете, 398055. г. Липецк, ул. Московская. 30. ауд. К 458.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан 19 октября 1994 г. .

Ученые секретарь -—' • •,

•дцссвртационного,совета : ^г^«*"*^*'- *• '.- в. с Зайцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. При производстве горячекатаных полос основное! задачей является получение полос с задашшм поперечным профилем и не теряющих своей плоской фермы при дальнейшей обработке готовой продукции - разрезании пелоо на отдельные ллстк. т.е. не имеющие после прокатки больших остаточных напряжения., что называется плоскостностью пли планшетностыо полос. От этих показателей в значительной мере . зависят . спрос на горячекатаный лист как на конечный продукт и как.на подкат для стано« холодной прокатки и окончательная цена продукции.

К настоящему времени разработан ряд технологий регулирования поперечного профиля полос. К ним- относятся система противоизгиба рабочих валков, применяемая на станах горячей прокатки с 50-60 годов. технология прокатки с осевой сдвижкой рабочих валкое, применяемая на ряде зарубежных станов горячей прокатки с 80-х годов. К более инерционным способам воздействия на поперечный профиль полос относится система секционного охлаждения рабочих валков (ССОРВ). которая позволяет, в отличие' от противоизгиба и осевой сдвикки. оказывать локальные воздействия на профиль.

Из-за сложности тепловых и деформационных условий работы прокатных валков, их износа в Процессе работы, эффективное управление поперечным профилем и планшетностыо полос с помощью устройств регулирования возможно только с использованием АГУ тп с применением высокопроизводительной вычислительной техники, разработка математического обеспечения АСУ ТП представляет собой актуальную научную, и практическую задачу, в значительной степени уникальную для каждого конкретного, стана горячей прокатки.

Цель настоящей .работы заключается в теоретическом и экспери-

«с

ментальном-исследовании, процессов, формирущих поперечккй профиль полосы, разработка алгоритмов Идентификации теоретических моделей по экспвр.щентачьнш; данным и объединение адаптированных теоретических моделей в систему упраапешю профилем и планшетность» полос в чистовой груше стана горячей прокатки.

' Научная нрвизиа. Разработана модель температурного поля и теплового профиля рабочих балков с учетом их осевой сдвижки и секционного 'охлаждения.

Численными экспериментами доказана возможность практического использования алгоритмов решения задачи о наименьших квадратах для нелинейных моделей применительно к идентификации неявных математических моделей, проведено сравнение эффективное™ различных методов нелинейной оптимизации. .

Экспериментально определены параметры регулирования теплового профиля рабочих валкоз в 12 члета чистовой группы стана 2000 НЛМК. Установлено, что ССОРВ является эффективным средством устранения лекальных дефектов профиля.

Проведена идентификация тепловой- модели рабочего сапка по экспериментальным . -исследованиям поверхностной температуру валков чистовой группы, в результате которой определены основные параметры теплообмена, характерные для. условий прокатки в чистовой группе стана 2000 НДШ и адаптация модели износа.

Предлоаена метод...¿а определения износа опорных валков ка основе анализа нерашюмерноста скоростей рабочего и опорного валков при входе в очаг деформации. •. . ■ ; •.

Разработана приближенная модель прогиба рабочего валка с учетом осевого перемещения рабочих валков, для использования в промышленных. алгоритмах.

разработана система управления профилем и шинаетность» полос при помощи систем противоизгиба и осевой едтшси рабочих валков, с учетом возможного циклического перемещения рабочих валкоз, включающая в себя модели теплового .профиля» износа-и деформации четырех-валковой системы, а также модели определения оптимального профиля рабочего валка в каидой клети'для каждой прокатываемой полосы и алгормтш коррекции и адаптации моделей. •

Практическая ценность. Полученные результаты могут быть использованы Для анализа теплового режима работа вапков. Модернизирована система секционного охлаядения рабочих вадксв:. установленные закономерности управления ССОРВ внедрены на 12 клеть стана 2000 ШЩ. Разработанное математическое обеспечение системы управления профилем и планшетностьа полос внедрено в технорабочий проект комплекса АСУ ТП стана 2000 ЯЛИК.'. дпробап^я работа, '

результаты работы доложены на технических советах и совещаниях ШШК и НПП "Автомет" в 1992-94 гг. . ..

, Основное содержание работы отражено в четырех публикациях и в учебном пособии.

Объем работ». Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы, изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 52 рисунка. 22 таблицы, список использованной литературы включает 115 наименования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность ; диссертационной работы, цель и задачи исследований, изложены основные положения. вынесенные на защиту. .•';'.•■ '•■:.. V.::-. ' ■'■ ''■■

г 6 -

Первая глава посвящена литературному обзору, анализу существующих математических моделей формирования и способов регулирования профиля и планшетности горячекатаных полос.

Во второй главе рассматриваются математические модели. • которые долиш входить в состав системы управления профилем и планшет-ностью полос (СУПП).

Для анализа теплового режима рабочего валка была выбрана двумерная осесимметричная нестационарная тепловат модель, уравнение теплопроводности для которой представляется в виде: 0Т г ^т 1 0Т ^Т т

— « а —, + -—+ . (1)

01 1 ег* г дг ег* ■>

где 0<г<Н. -Ьр/2<2<Ьр/2, Н,1р - соответственно радиус и длина рабочего валка.. Тепловой контакт валка с окружающими средам;! представлен в виде теплового взаимодейотвия "воздух-валок" (Иц), "вода-валок" (соод), которое учитывается- в виде граничных условий 3-го ро."а, тепловое взаимодействие "полоса-валок" учитывается в виде конвективного теплообмена (Оц) и передачи лучистой энергии от полосы на валок (ц,). .Гршшчные условия на боковой поверхности усредняются по угловой координате и представляются в виде:

от 1! г

•Лгт мт-т,)Аь ♦ Н4|.*(т-тв„)+а-к)^(т-тв)1-львд

ОГ д 1 . , (2)

2Е,Егбп ' ' 1

+ ( ьи^Т-То) + а-Ыгасьа-ЪНАф,, -П-ЪЮ Т„<я(г) .

я 3

где К(г) - статус охлаждения для координаты г (вода льет-1. не ль-ет-0. могут быть и промежуточные значения из-за растекания струи от одного клапана секционного, охлаждения на соседние участки), функция Ь(2) принимает значение 1. когда участок валка оказывается под полосой (с учетом возможного осевого перемещения валка относи-

тельно полосы), и 0. когда не под полосой или во-время паузы: обозначает, например, угол захвата водяной струей поверхности валка и принимается постоянным для воды и воздуха, а для полосы зависит от душны очага деформации, функция представляет собой геометрический угловсй коэффициент обмена лучистой энергией плоской (полоса) и цилиндрической (валок) поверхностей;' с^, представляет коэффициент рассеивания излучения водой, 0«v<l (полные выражены граничных условий приведены в диссертации).

Напряженноз состояние валка оценивалось" по мидели плоского .напряженного состояния (Тимошенко С. П. и Гудьер Дк. ). - По этой же модели производился расчет теплового профиля.по найденному (1-2)

температурному полю: ''..

*

Лр(s) « 2-алр7Г- / Trdr. (3)

о '

При расчете износа используется простейша i абразивно-энергетическая концепция изнашивания,. по которой износ пропорционален работе силы трения. Изноо рабочего валка от полосы при прокатке одной полосы вычисляется по формуле: . • ..

if(2) - к„3!|Рр(?)1жП, ' ' (4)

где !СцЭИ1> - коэффициент износа. р(с) - погонное давление полосы на валок, 1ц - длина очага деформации, п - число оборотов валка при прокатке одной полосы.

Разработана теоретическая модель износа опорного валка от ра • бочего на основе результата, полученного И.П.Мазуром при. решении задачи Герца с проскальзыванием, который может , бить использован для определения длины участка проскальзывание tCK(il, отнесенной к полуширине площадки контакта а(г) при упругом контактй рабочего и опорного валков:

1СК(Г) ~ .»/*> (5)

где Увя.Ур - соответственно входныелинейные скорости поверхностен рабочего и опорного валков в очаг деформации, неравномерность которых возникает Из-за ненулевых профилкровок валков и из-за неравномерного С11п»щивания." Угловая скорость опорного валка л?" определяется из йнге1рального соотношения по длине опорного валка !/. .

К"» {ЖТ - иР / ЯР (г) (6)

• о •.■-.■■"..- е - •■ .-'•■.:'

Окончательно, износ опорного валка от рабочего принимает вид:

10"(г)- ^анвп-ч(1:».-.АУ/У-а(8):паи, , (7)

где кнл,0" - коэффициент износа.. а(г) - мехвалковое погонное давление,. п0П- число оборотов опорного валка,

»,а. 6°п(2>;

ау/У ---;—* .

Ко0» : ц,»1 ; г'-:■.■•';'.

. 1 / Г №(*) в" (г) : . 7 1 1 \ 5

где вь®*.^^ -:;(МЙЯ8Й*СЙ»ИИ0 прсфилйровки относи-

тельно центру валка, радиусыв центре балка, коэффициенты жесткости рабочего и опорного валков» ;

Расчеты показывает, что качественная картина износе опорного валка ¿ш параболичест1фЬ4»Шфовок рабочих й опорных валкоз, пр .меняемых в чистовой Группе ствна 2000 ШВЩ. отличается от характера распределения [иежвадхового давлеш^ величием двух максину-'гов износа :на рас«тоянии 200-а50 >м от кралопорного ва.ха. Для' 5-оСразных проФИлировок рабочих валков мрактер износа опорного валка в целомповторяет картину межбогасоврго давления. хотя издои-

мум износа смещается на -100 мм относительно максимума меявалково-го давления. Модель износа рабочего валка от опорного отличается от (7) только коэффициентом износа.

• Условно-точная модель упругих деформаций четкрехвалковой системы с учетом осезого перемещения эалхев основана на моделях численного расчета Б.А.Полякова и С. М. Вельского. Для■промышленного алгоритма разработана упрощенная модель прогиба рабочего валка ур для Фиксированных длин рабочего L'p и опорного L валков б виде: •^"t.j.l. i.» Aukim-P'-QJ-a',í-V-z3„m, (9)

где l.j = 0+1.. k, l,n - 0*2, Р - усилие прокатки. Q - усилие проти-воизгиба. 3 - ширина полосы, Zp,Z0„ - соответственно профилировки рабочего и опорного валков. Матрица ЮЗ коэффициентов А находится методом наименьших квадратов но условно-точной модели. Несмещенная оценка среднеквадратцческого отклонения по 432 "опытам" составила 7.4 мкм. обычное расхождение (9) с условно-точной моделью 3-4 мкм.

Третья глава посвящена идентификации математических моделей по экспериментальным данным. В литературе по идентификации й по прокатке недостаточно акцентируется тикание на идентификации неявных, по параметрам математических моделей типа (1-2), часто рекомендуются не самые эффективные методы решения таких задач.

Идентификация неявных математических моделей состоит в отыскании оценки % вектора искомых параметров о по норме задачи о наименьших квадратах (ЗНК):

а» » ar&mn [ j- ^(Уп-%•(<*>)*] • jfiT (а)Я(а) - Г(а). (10).

где у, - данные о реальном объекте, (а) - прогнозируемые идентифицируемой моделью Данные, N - объем выборки. Так как задача (10)

- 10 -»

ни в каких своих существенных аспектах ке связана с видом функции f<cc). то метода решения нелинейной ЗНК. учитывающие специфику нор. мы ЗНК.. могут быть перенесены на идентификацию неявных задач типа (1-2). На простых модельных примерах показано, что методы Гаусса-Ньютона и Левенберга-Марквардта обладают, принципиальными и вы-' числительными преимуществами перед методами, не ориентированными на ЗНК. например, перед методом сопряженных градиентов, который годится только для решения очень простых неявных задач.

Метод Гаусса-Ньютона заключается в выполнении последовательных шагов из текущей точки «с в точку а» в направления оптимума:

, СU-Cíe-1) J<«c) ^ <«e > где J(«i-eR(a)/(3a - матрица коэффициентов чувствительности модели. Яри реаюшш. практических задач обязательно применение линейного поиска вдоль направления шага Гаусса-Ньютона, чтобы í{a»)<í<ae).

Метод Левенберга-Марквардта'. основан на поиске минимума модели »с(а) функции f(О в некоторой доверительной области радиуса 5С:

а: ос (ОсЧ-з) » mln пи (<х>: -. , • 10-0,. |<5С

а » з(ц) - -иЧа^Шас) * ill-'J^OcJfi«^) (12)

для единственного что Js(ру1. если только |з(0)|>6с: а противном.случае решением служит а = s(0) - шаг Гаусса-Ньютона. В работе предложена коррекция метода Левенберга-Марквардта. касающаяся увеличения радиуса доверительной области, позволяющая сократить число .шагов метода в 2-4 раза в случаях, когда начальное приближение далеко от оптимума и линейная модель ct (а) хорошо аппроксимирует функцию fia) в малой окрестности текущей точки а,..

Сравнение методов Гаусса-Ньютона и Левенберга-Марквардта обнаруживает их хорошие характеристики при решении неявных задач

идентификации; " метод Левенберга-Марквардта оказывается иногда бо-' лее эффективным, чем метод Гаусса-Ньютона, . особенно в случаях, когда нет возможности с достаточной точностью сделать начальную' оценку параметров, модели.

Больиой объем экспериментальных исследования поверхностной температуры .валков клетей чистовой группы позволил провести идентификацию тепловой модели (1-2). Вначале по эксперименту с секционным охлаадением валков на 12 клети чистовой группы стана 2000 НЛМК определялись 3 коэффициента теплопередачи (без учета излучения). Данные о поверхностной температуре рабочего валка при прокатке с подлостью включенной ССОРВ и с различным отключением секций ССОРВ позволяют корректно разделить при идентификации тепловое воздействие '"воздух-валок" и "вода-валок". Необходимость учета излучения была вызвана тем, что поверхностная температура.рабочих валков 6.7 клетей, вычисленная по тепловой модели, адаптированной .к 12 клети, оказывалась на 15-20°С выше, чея по эксперименту.

Затем по совместной идентификации для крайних клетей чистовой группы (6 и 12) при Фиксировании коэффициентов воды и воздуха определялся баланс между конвективным теплообменом "полоса-валок" и теплообменом излучением. Последующие сравйе: чя теоретических и экспериментальных температур показали хорошую работу теиловой модели для условий в чистовой группе стана. Рис. 1а. б иллюстрирует сравнение расчетной и экспериментальной поверхностной температур на перевалке рабочих валков, соответственно для 6 и 12 клетей.

■ 'Идентификация модели износа вследствие ее линейности заключается в вычислении полного износа по графику прокатки по формуле' (4) и по выделенному профилю износа (профилировка остывшего изношенного валка минус станочная) подборекоэффициента к,,э,,р, По кме-

Сравнение расчетной и экспериментальной 'поверхностных температур рабочих, валко а 6 и 12. клетей .

юз

я

« та $

с ■

в . -

| 23

• , ' о ■ .

/ • У ■

»

-4.и -0.6 -0.6 41.ч -с.г 0.0 б.З ' 0.4 0.6 О,Б 1,0 '

. «4Ы>Я. Г .К

ша

6" . I Ы

« I,

I 4«

У» \

М-1.0 -О,в -0.4 -в.4 -0.2 0.0 0.3 0.4 р.» 0.в_ »Л

. . . • «•№*. * .И

•«•аШИИННвНПНШНП' -лС*'..'4:; .

«"»дошшавшштшктвтанм

'' Рис. 1 . а) б клеть.на перевалке; V . ' б) 12 клеть на перевалке . (краевое отключение секций ссорв за 1300 т до перевалки); —- - "тепловая кодель; эксперимент..

ю?;еыуся экспериментальному материалу было установлено, что коэффициент износа-для данамних сталей в '4.4 раза престает коэффициент износа для углеродистых н низколегированных сталей.

Приведенные в дасссртаоди данные о.сравнении вьщелекного теплового профиля с расчетным свидетельствуют о хорошем соответствии .модели -теплового профиля -экспериментальный данным. Изменение теплового профиля рабочего валка 12 клети в течение кампании иллюстрирует рис.. 2. ■

Тепловой профиль рабочего вапка 12 клети в.течение кампании

s í

О. 13

ш

/7 5 . ш 1

ЛОЛ JO* л * 50 >>

. г г Л

X - !

37 53

62

193 220 247 275 •Реия прокатки, мин

110 137 169

."'. Рис. 2

Четвертая глава посвящена анализу методов регулирования профиля и планшетности горячекатаных'полос, принятых в качестве стратегии регулирования для модернизации чистовой группы станз 2000 НЛМК - осевой сдвижке рабочих валков с S-обрэзными профйлировками, циклической сдвижке, противоизгибу и секционному охлаждение, а

также динамическому регулированию профиля и плакветности: ,

Для S-обрааНЫХ профилировок 3-ей степени известно, что профиль межвалкового зазора Ар на длине опорного валка представляет собой линейную функцию от величины осевого перемещения 'О®. В работе показано, что если профиль валков представляется в виде: у„(х) - а х3 + Ь х8 + сх - нижний край верхнего валка, уи(х) а х3 - ь-х* + с х - верхний край нижнего валка, (13)

то для искомых характеристик половины профиля межвалкового зазора: Ай,1» * APICO»!!.). ¿Ртах * APÍ^W) <Í4)

•коэффициенты в (13) представляются в виде:

¿•(¿Р^х - - г- ^Рв», + dft,la) а ----: ь -----г— . (15)

Коэффициент с не влияет йа характеристики (15) и.может быть выбран из условия минимума съема материала валка при изготовлении профилировки:

с: pin { шах у(х) - mln . у(х) }. (16)

с -Lp/2<x<Lp/2 -lp/2<*<Lp/2

Полученные таким образом профилировки требуют более чем в 2 раза

меньше съема материала валка, чем профилировки, предоставленные

фирмой SMS.

Установлено, что наклон линейной функции' с характеристиками (14) профиля межвалкового зазора "середина минус край" практически не зависит от износа и теплового расширения валков в течение кампании. однако для большого (Ó.25-0.:"> им на радиус) износа валка профиль межвалкового зазора на ширине полосы уже не является монотонной функцией от осевого перемещения^|Св!>1оЬ мм, что Затрудняет регулирование профиля й ограничивает диапазон хода осевой сдвижки. Д.- -.ее проводится теоретическое сравнение различных способов

размещения устройств противоизгиба и осевой сдвижки s-образных валков в чистовой группе стана 2000 НЛМК. Для профилировки с параметру; Лрь,й—125. Apt,a,=325 мкм при F-2000 Т. В»1400 ММ профиль-полосы регулируется в диапазоне £14.0. 271.6) мкм при осевом перемещении ¿150 мм; тогда как применение противоизгиба при Ся=0 регулирует профиль полосы в пределах 170.5. 142.8) мкм в диапазоне усилий противоизгиба to. 120J т. Расчеты по модели профиля и план-четности чистовой группы показывают, что наиболее оптимально размещать противоизгиб в а-12 клетях, а осебую сдвижку. - з 8-Ю клетях. • Помимо устранения нешшшетности за 10-12 клетями и широкого ([0,601 мкм)'. диапазона регулирования профиля, размещение осевой сдвижки S-образных валков на 8-10 клетях целесообразно из-за повышенного износа в Ц-12 клетях и вызванных этим трудностях регулирования осеврй сдвижкой,. " кроме того.' на крайних клетях могут применяться технологии устранения локальных дефектов профиля.

Как известно,- циклическая сдвижка является элементом беспрограммной прокатки, которая предполагает, во-первых, отступление от правила "от широкого - к узкому" и создание возможностей прокатки широких полос после узких, и, во-вторых, расширение объема прокатки полос одной ширины, что при обычной прокатке ограничено повышенным износом краев полосы из-за локального увеличения погонного усилия прокатки.

В диссертации показано, что характерный "ящик" износа заметно размывается при применении циклической сдвижки на диапазоне ее хода, тепловой профиль размывается значительно меньше вследствие тепловых потоков в осевом направлении. Анализируется переход по ширине полосы 1250/1550 • мм в диапазоне циклического перемещения il50 мм, когда валки уже достаточно изношены (0.12-Q.13 мм), при-

чем прокатано 72 полосы ширины 1250 им. Применение циклической сдвижки в значительной мере 'сглаживает утолщения на кромках до величины 5 мкм на ширине 400-500 мм. что по стандартам не является локальным дефектом. Таким образом, переходы "узкий-широкий" допускаются в пределах максимального хода циклической сдвижки.

Установлено, что при прокатке полос углеродистых сталей одной ширины на -15 полосе возникают локальные утолщения 2 ккм/250 мм по кромкам полосы, вызванные геометрической суммой износа и теплового профиля, которые на 35-55 полосе составляют уже 5-7 мкм/200 мм. что ограничивает применение цшишческой сдвиаки при прокатке полос одной виршш. Для полос дкнамных марок сталей возникающие на 10-15 полосе локальные утолщения 5. мкм/200 им по кромкам переходят к 35-55 полосе в утонение кромки 2.5--50 мкм/200 мм, являющееся дефектом профиля.

В диссертации исследуется система секционного охлаждения рабочих валков (ССОРВ) конструкции ИЧН, установленная на 12 клета стана . 2000 НЛМК. Она состоит для верхнего и нижнего валков из входного и выходного коллекторов по 13 регулируемых, клапанов в каждой по принципу'"включено-выключено". Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено.' что ССОРВ яе шется эффективным инструментом управления тепловым профилем валков и профиля полосы: за 200-300 т прокатанного металла при центральном отключении секций ССОРВ, разница тепловой выпуклости под отключенными участками и под участками с обычным охлаждением составляет 0.04 мм. что в среднем на одну полосу составляет 3-6 мкм; эти значения хорошо соответствует расчетным, данным. "При центральном или краевом он лечении секций ССОРВ действует как более инерционные противоиз-гиб или дополнительный изгиб рабочих валков, не вызывая опасных

термических напряжений; кроме того, ССОРЙ, в отличий от противоиз-гиба илй осевой сдвшси рабочих валков с й-образяыки профилировха-ми дает возможность устранять локальные дефекты профиля полосы при локальном отключении секций. На этом основана заявка на изобретение сущность которого соотрит в отключении секций по кромке полосы, что локально увеличивает тепловой профиль валков и компенсирует повышенный износ по кромкам полосы и Устраняет локальные утол-. щения профиля. Указанные режимыбыли опробованы и внедрены на . 12 ' клеть стана 2000 НШ. /

Динамическое, регулирование профиля по длине полосы необходимо для поддержания статических.уставок, управляющих устройств на профиль и планшетность на данной полосе. Суиествущие системы регулирования обычно работают «о принципу компенсирования противоизгибом возрастания усилия прокатки от головы к хвосту полосы, что портит уставку планветности. если яе все клети включены в систему. Кроме ' того, необходимо учитывать возрастание теплового профиля валка'на сирине полосы в течение прокатки полосы. Уставка протевоизгиба М, | в 12 клети при наличии динаюгческого регулирования в 11-12 клетях на поддержание уставки «а Планшетность аа 11-!2 сетями представляется в виде:

К» > 1 * Г 1 „ ЙЛ|вт V

Щг - р [ ~ ] " ^ [ ] «

1 • Ы * Л . Л» Л» . :

а»!»» * &|цр аь>«г ) ; ,17,

' ии'ь,,»!-

где э,*!»,.•,/», вытяжка в 1-сЯ клети., - соответственво передаточное коэффициенты от усилия прокатки и противоизгиба на профиль (по модели <9И. - прйрйение усияш прокатки. Л,. - при^ ращение толщины полосы, АЯ^НР felulftwйч>•. профи-

ля. Л1-рремя от начала прокатки полосы. К* - передаточный коэффициент. ' который вычисляется по тепловой подели. Приращение теплового профиля на 1 мкы для полосы В-1450 ш эквивалентно уменьшения усилия прокатки ка ¡2 т по профилю полосы.

Пятая глава ' посвящена описанию систему управлёния профилем и» плшшетнсстыр (СУИ1) полос, работающей в режиме реального времени. Задача СУЛП заключается в нахождении для каждой.полосы оптимальных уставок на Управляющие устройства.' обеспечивающих прокатку полосы с профилем. Слизким к заданному, "и с минималь^ьс«! отклонениями от планшетности в каждом межклетевом промежутке. Порядок расчета уставок имеет вид:. ..

1) расчет температурных полей и тепловой выпуклости всех рабочих ралков . клетей чистовой группы от предыдущей полосы и паузы между предыдущей и текущей полосой и расчет износа всех валков от предыдущей полосы;

2) расчет диапазонов возможных профилей полосы в каждой клети по данным о режиме обжатий и усилий прокатки, получаемых от системы начальной настройки (СНН) и согласно наличию в клети' управляющих устройств; • •

нахождение оптимальных значений.профиля'.полосы в каждой клети из соответствующего диапазона 2), обеспечивающих минимальное отклонение от условий планшетностй в каждом'межклетевом промежутке и профиля готовой полосы, наиболее близкого к заданному; в данной работа эти значения профилей находились из критерия преимущества планветности за п:ой клетою перед планшетностыв за (п-1)-й клетью. . ; 4) по значениям профиля полоси б каждой клети подбираются со-сотэтствадие' значгния уставок на управляющие устройства.

Запуск СУПП осущ?ствляется по получеыт одного из инициатив-

ных сигналов; вход полоса в окалиноломатель (ОЛ), выход полосы из ОЛ, получение данных от СНН о новом типоразмере, изменение номера валка, изменение режима охлаждения рабочих валков, 10 с посла входа полосы в 12 клеть, перевалка рабочих валков. Ява последних сигнала. являются инициативными для.адаптации математических моделей, входящих в СУПП, по данным от профилемера; установленного за 12 клетью. По первому из них по алгоритму Качмажа происходит адаптация линейных моделей, а также коррекция температурных полей рабочих валков, по сигналу "перевалка" - идентификация тепловой модели по данным оцененого теплового профиля валков из показаний профилемера. Разработанное математическое обеспечение внедрено в технора-бочий проект комплекса АСУ ТП стана 2000 НЛМК. .

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Разработана теоретическая модель осёсимметричного темпера-'турного поля рабочего валка при прокатке с учетом его осевого перемещения, секционного охлаждения и излучения от полосы.

2. Разработан быстродействующий алгоритм расчета прогиба рабочего валка с учетом изменения усилия прокатки, противоизгиба. ширины полосы и осевой сдвижки - рабочих валков с Э-образными профилировали.

3. Разработана теоретическая модель износа опорного валка и рабочего валка от опорного на основе расчета «лины участка проскальзывания в контакте валков. Установлено, что для параболических профилировок валков износ опорного валка имеет два максимума.. расположенных на расстоянии 200-250 мм от края бочки опорного валка, и не соответствующих максимуму м^жвалкоього давления. Для Э-образ-ных профилировок рабочих валков характер' износа опорного валка

■ близок к характеру распределения межвалкового давления.

4. Показано, что методы решений нелинейных задач о наименьших ■квадратах могут бытьпримененык задачам. . функция невязки в которых задана неявно в видо рекею1я'даффсренш1ального уравнеш1я в. .частных.производных. .Численными экспериментами установлено, что' методы Гаусса-Ньютона и Лэвенберга-Марквардта более эффективны, чем градиентные; ' проведен аиализскорости сходимости этих методов . на примере уравнения теплопроводности. Установлен порядок увеличения доверительной области, ускоряющий сходимость метода Левенбер-га-^рввардта в рада.случасв. '

.5.' Методом Гаусса-Ньютона произведена идентификация - тепловой модели рабочего ьалка по коэффодшптам теплопередачи и коэффициенту рассеивания излучения. Адаптирована модель износа рабочего валка от полосы. .Установлена, что износ для динамных сталей в 4.4 раза выша, чем от углеродистых сталей.

. 6. Разработана модель расчета 5-образной профилировки с заданными параметрами, "фёбувдей при--ее.изготовлении минимальный съем материала валка. Установлено,, что зависимость величины профиля ' межвалкового зазора на ширине полосы от осевой сдвижки• становится нелинейной при износе рабочих валкрв О.гбтО. 35 мм для осевых смещений свыше 100 мы, что ограничивает диапазон хода-осевой сдвижки.

7. ца. основе объединения адаптированных математических моделей проведен анализ возможностей регулирования профиля и планшет-ности в семиклетевой чистовой группе стана горячей прокатки. Установлено. что"оптимальной следует считать компоновку с противоизги-. Сами, в 3-7 клетях и осевой сдвижкой Б-образных валков в 3-5 клетях, обеспечивающую "прокатку минимально непланшетно#полосы в диа-- гизоне профиля .10.60) мкм; '.. *'• '

8. Исследованы возможности цйк-шгеесксй' сдшижи рабочих Бал-ксэ. ■• Показано, что при величинах износа 0.1-0.2 им циклическая сдвижка позволяет производить перехода-"узкий-широкий" в дааиэз^.е ширины полосы, равному диапазону сдвиякн, Установлено, что при прокатке 50-60 полос одной ширины с циклической сдвижкой ±150 мм для износа 0.1-0.2 мм возникают локалыше утолщения 6-7 мкм/2С0 ми по краям полосы. Для износа 0.25-0.35 .мм возникающие локальные утолщения на 10-15 полосе в 5 мкм/200 мм переходят к 35-55 полосе в утонение кромки 25-50 мкм/200 мм.

Э. Исследованы возможности системы секционного охлаждения рабочих в а "сов. Экспериментально установлено,- что отключение '3-5 секций, не вызывая опасных термических напряжений, изменяет тепловой профиль валка на 3-е мкм на каздой полосе. Секционное охлаждение расширяет возможности противоиггаба и осевой сдвижки . и' может устранять локальные дефекты профиля полосы. Установленные закономерности управления системой секционного охлаждения рабочих валков внедрены на 12 клеть стана 2000 НЛМК.

10. Разработана . модель динамического регулирования профиля и планиетности по длине полосы при изменении усилия прокатки, теплового профиля валков и толщины полосы. Установ. зно,' что приращение теплового профиля валка на 0.5 мкк компенсирует увеличение профиля полосы из-за возрастания усилия прокатки на 12 т.

И. Разработаны технологические принципы системы управления профилем-и планшзтностьр полос.. работающей в режиме реального эре-' пени." Разработаны алгоритмы определения уставок яротизоизгиба и, осевой сдвижки рабочих валков и алгоритмы адаптации математических моделей.' входящих в систему. Разработанное математическое обеспечение внедрено в технорабочяй проект комплекса АСУ ш стана 2000

•ШШ. . ' ■ ' ,'

Основные полоетния диссертации опубликованы е следующих работах: . •

1. Блшин С.Л.. Третьяков В. А., Барышев В.В. 'Неявный метод наименьших квадратов в идентификации технологических процессов: алгоритм Гаусса-Ныотона // Изв. вузов. 4M. - 1993. - N5. -С. 29-33.

2. Модель теплового профиля валков стана горячей прокатки / Третьяков В.А., Барьтав В.В. В юг.: Технология машиностроения. Липецк, 19ЭЗ. - с. 50-55.

3. Блямйн С.Л.. Третьяков В.А., Барышев Р В. Идентификация сосрэдотчешшх и распределенных моделей технологических процессов: алгоритм Левенберга-Марквардта // Изв. вузов. 4M. - 1994. - N5. -С. 53-62. '

-4. Блюмин С.Л., Третьяков В.А., Барьшев В.В. Идентификация распределенной температурной модели рабочего валка: алгоритм Гаусса -Ньютона // Изв. вузов. 4M. - 1994. - N8. - С.22-24.

5. Блшин С.Л., Погодаев А.К., Барыаев В.В. Оптимальное моделирование'технологических связей: Учебное пособие. - Липецк: Лип-га. 1992. 80 с.