Cómo controlar la forma de la placa durante el proceso de laminación
Estudio comparativo sobre la tecnología de control de forma de laminadores de láminas y placas anchas y gruesas
Zhang Qingdong, Huang Lunwei y Zhou Xiaomin
Resumen Utilizando métodos de simulación de software y prácticas de producción, se realizó un estudio comparativo sobre las principales tecnologías internacionales actuales de control de planitud desde dos aspectos: eficacia del control de planitud y rendimiento integral de los laminadores de placas y bandas. Los resultados de la investigación no solo contribuyen a la selección de laminadores de placas y bandas y a la configuración de la tecnología de planitud, sino que también contribuyen a la creación de tecnología de planitud avanzada.
Palabras clave laminador de bandas; tecnología de forma de placas; estudio comparativo
Número de clasificación PG 335.11
Estudio comparativo sobre la tecnología de control de forma de laminación de placas y bandas anchas y gruesas molinos
Zhang Qingdong, Huang Lunwei y Zhou Xiaomin
(Escuela de Ingeniería Mecánica, Universidad de Ciencia y Tecnología de Beijing, Beijing 100083)
Resumen: El Se estudian y comparan las principales tecnologías avanzadas de control de forma actualmente en funcionamiento. Se compararon las matrices de acción de ajuste de forma de estos actuadores y el rendimiento general de control de forma del laminador, y se simuló el rendimiento de estos actuadores mediante métodos de cálculo numérico. La conclusión de la investigación no sólo es útil para el diseño del laminador de bandas y la selección de la tecnología de control de forma, sino que también ayuda a mejorar la tecnología de control de forma del laminador.
Palabras clave: laminador de bandas; tecnología de control de forma; estudio comparativo
Desde la década de 1970, debido a los requisitos cada vez más altos del mercado en cuanto a la calidad de la forma de las bandas, se ha promovido el control de la forma de las bandas. convertirse en la tecnología clave para la producción de chapas y tiras. Centrándose en el desarrollo de la tecnología de control de planitud, ha aparecido en el mundo una nueva generación de laminadores de bandas de alta tecnología de diferentes modelos como HC, CVC, UC, K-WRS, PC, etc. Estos laminadores tienen su propia tecnología icónica de control de planitud, complementada con otras tecnologías de control de planitud comunes (como rodillos en forma de arco, presión inclinada hacia abajo, enfriamiento segmentado) y están equipados con dispositivos automáticos de detección de planitud en producción, logrando un control automático de. forma de placa.
La tecnología de control de forma es una tecnología de tipo de equipo específico. Su rendimiento de control de forma está relacionado con las condiciones del propio equipo, como la estructura y el tamaño del sistema de rodillos (número de rodillos, diámetro de los rodillos, longitud de los rodillos). , etc.), y las condiciones del proceso, como la fuerza de rodadura y el ancho del material rodante, etc. Por lo tanto, la investigación y comparación de la tecnología de control de planitud debe basarse en condiciones conocidas del equipo y del proceso, desde dos aspectos: la eficacia del control de planitud y el rendimiento del laminador de bandas.
1 Definición de efecto de control de planitud [1]
El efecto de control de planitud se refiere a la forma del espacio entre rodillos del rodillo de carga del laminador en la correa bajo el efecto de ajuste de la unidad de la tecnología de control de planitud El cambio en la dirección del ancho del acero se calcula de la siguiente manera:
(1)
En la fórmula:
1: E (x). )--plate La forma controla la función de eficacia, que puede ser un polinomio simple o un polinomio de orden superior. Puede ser un polinomio simple o un polinomio complejo de orden superior; gf (x): la función cuantitativa que cambia la forma del espacio entre rodillos; S: la cantidad de ajuste generalizada (fuerza o desplazamiento x: la coordenada a lo largo de la placa); dirección del ancho.
El efecto de ajuste también se puede expresar como el valor discreto del cambio en la forma del espacio del rollo a lo largo de la dirección del ancho de la placa causado por la cantidad de ajuste de la unidad:
E=[e1, e2,..., ei ,...] (2)
En este momento, la forma de la placa E ajusta la matriz de eficacia.
La forma de matriz de efecto de control de forma mencionada anteriormente puede representar el efecto de control de la tecnología de control de forma en varios indicadores descriptivos de la forma del espacio entre los rodillos del rodamiento (convexidad, forma de cuña, adelgazamiento de bordes, cantidad de protuberancia local).
En el sistema de control automático de planitud de la forma de la placa, la matriz de eficacia del ajuste de la forma de la placa se puede expresar como el cambio en la cantidad de ajuste de la tensión de tracción frontal de la tira de la placa en la dirección transversal causada por el control de la forma de la placa unitaria. tecnología La fórmula se expresa de la siguiente manera:
E=[q1,q2,....,qi,...] (3)
En la fórmula, m-. -el número de secciones de medición del medidor de forma de placa dentro del rango de ancho de la placa; qi - la cantidad de cambio de la tensión de tracción frontal de la tira en la i-ésima sección de medición.
El efecto del control de planitud se puede determinar mediante dos métodos: experimentos o simulaciones 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 más difícil. El método de simulación de software es económico y eficaz, puede simular de forma flexible diversas condiciones de rodadura y se utiliza ampliamente.
2 Comparación de simulación de la tecnología de control de forma y la eficacia del control de forma
La eficiencia del control de forma puede describir con precisión una tecnología de control de forma, ideas de control de forma y características de control para comparar tecnologías de control de planitud. , primero debemos estudiar y comparar sus efectos de control de planitud.
El método de los elementos finitos y el método de la función de influencia se utilizan para analizar los efectos de control de planitud de las principales tecnologías de control de planitud utilizadas actualmente: CVC, HC, PC, K-WRS, DSR, arco enrollado y prensado inclinado. Se realizó un estudio de simulación y los resultados se muestran en las Figuras 1 y 2. En la figura, la ordenada es el espacio entre rodillos en unidades de 0,001 mm. La ordenada es el cambio en el espacio entre rodillos en 0,001 mm. La abscisa es la relación entre la distancia entre la línea central de la tira y el ancho de la media placa, donde DW es el. diámetro del rodillo de trabajo, 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 laminación total. La forma de la curva y la expresión funcional correspondiente en la figura muestran la efectividad de la tecnología de forma de placa para ajustar el tamaño de la placa.
Figura 1 Diagrama de simulación de 6 tecnologías de control de forma de placa. La abscisa es la relación entre la distancia desde la línea central de la tira y el ancho de la media placa (r). La ordenada es el cambio en la abertura del espacio del rollo, siendo la unidad 0,001 mm (γ). (a) CVC de cuatro rodillos, (b) CVC de seis rodillos,
(c) UC, (d) PC, (e) K-WRS y (f) rodillo curvo asimétrico con pendiente socavada
Figura 1 Simula las acciones de ajuste de forma de seis actuadores de control de forma
Figura 2 Acciones de ajuste de forma de una sola prensa para rodillos DSR y rodillos dobladores de rodillos de trabajo
Figura 2 El efecto de ajuste de forma del excitador de almohadilla y WT en la flexión de DSR
En la figura se puede ver que la eficiencia de ajuste de forma del control de forma de placa de CVC, HC, PC y tecnología de rodillos de flexión simétricos es todo simétrico y dominado por el segundo componente. Entre ellos, los 4 componentes con mayor contenido son: doblado del rodillo medio y rodillo de trabajo del laminador CVC de seis alturas, así como doblado transversal de rodillos del laminador PC y doblado de rodillos intermedios del laminador UC. .
El efecto de ajuste de la forma de la placa de la tecnología de inclinación bajo presión y doblado de rodillos asimétrico es asimétrico y el efecto de ajuste general es obvio. Excepto por un efecto de ajuste de la forma de la placa del ajuste de presión de un solo contacto de DSR, que es altamente simétrico, el resto son asimétricos y tienen un cierto efecto de ajuste local. Los cilindros de trabajo del laminador Käkwikr RS no tienen función de ajuste de forma, pero desempeñan un papel en el desgaste uniforme.
Además, también se calculó el diagrama del efecto de control de la forma plana bajo ciertas condiciones de ancho de placa, diámetro y longitud del rollo y fuerza de laminación. Investigaciones adicionales pueden revelar:
(1) La relación entre el ancho de la placa y la longitud del rodillo tiene un cierto impacto en el efecto de ajuste. A medida que aumenta la relación, también aumentan los efectos de control de varias tecnologías de control de la forma de la placa, especialmente el componente cuádruple.
(2) Los efectos de ajuste de varias tecnologías de control de forma plana tienen diferente sensibilidad a los cambios en el diámetro del rollo. Por ejemplo, el trabajo de los rodillos curvos es sensible a los cambios en el diámetro del rodillo, mientras que el CVC básicamente no tiene nada que ver con el diámetro del rodillo.
(3) La presión de rodadura del ancho promedio de la unidad tiene un impacto en el efecto de ajuste 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 tiene ningún efecto sobre el control del efecto de ajuste, mientras que la tecnología de control de planitud que utiliza la forma del rodillo y el rodillo de bombeo como ajuste cantidad, el efecto de ajuste cambia con la presión de rodadura aumenta con el aumento.
3 La aplicación de la función de ajuste de forma en los sistemas de control
La función de ajuste 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. papel en Esto determina la adopción de la estrategia de control de planitud, así como la forma de evaluación, la función y el valor establecido de la eficacia del control. El método de ajuste del valor establecido de cada tecnología de control de planitud es la base para establecer el modelo de control automático de planitud. . Entre los tres modelos de control de retroalimentación de circuito cerrado existentes, la influencia del efecto de ajuste de forma en el modelo de control automático de forma es obvia [2].
3.1 Basado en la clase de reconocimiento de patrones
La función de ajuste de forma de la tecnología de control de forma es relativamente simple. El método de mínimos cuadrados lineales se utiliza para descomponer la señal de forma medida en el efecto de ajuste. Cada modo corresponde a la función:
La tecnología de control de forma de la placa que encuentra el valor cuando alcanza el valor mínimo y se utiliza directamente para determinar la cantidad de ajuste del valor establecido generalmente tiene.
3. Método de mínimos cuadrados 2 Clase de función de evaluación basada en el método de mínimos cuadrados
Para la tecnología de forma de placa con una función de ajuste de forma relativamente compleja, no se realiza ningún reconocimiento de patrón y se aplica el principio de mínimos cuadrados lineales. El método se utiliza directamente para establecer una función de evaluación discreta del efecto de ajuste de la forma de la placa y resolver la cantidad de ajuste del valor de configuración de la tecnología de ajuste de la forma de la placa:
(6)
Determinar para alcanzar el valor mínimo,
[S]p×1=[A]-1p×p[R]p×1 (7)
En la fórmula, placa A matriz de eficacia de ajuste de forma; matriz de valores medidos de forma de placa R;
3.3 Clasificación de la función de evaluación basada en parámetros de forma de la placa
Primero, se utiliza el método de mínimos cuadrados para ajustar los valores de medición de la forma de la placa en un polinomio perfecto de cuarto orden:
y(x)=λ+λ1x+λ2x2+λ3x3+λ4x4 (8)
Luego, se convierte en los parámetros de forma utilizados para expresar el efecto de control de forma y el control de forma. El objetivo se expresa como una matriz de ponderación simétrica de los parámetros de forma de la placa. El objetivo de control de forma plana está representado por funciones de evaluación simétricas y asimétricas ponderadas por parámetros de forma plana. El método de exploración de montañismo se utiliza para determinar directamente la cantidad de ajuste para alcanzar el valor mínimo establecido por cada tecnología de control de forma de placa.
Los tres tipos de modelos anteriores son tres estrategias de control y modelos matemáticos diferentes, que se utilizan para controlar diferentes tecnologías de forma de placa.
4 Definición de indicadores del rendimiento del control de planitud de los trenes de laminación de bandas.
La esencia del control de planitud radica en el control de la forma de la separación entre los rodillos del rodamiento. El principio de control de planitud de varias tecnologías de control de planitud es ajustar la forma de la separación entre los rodillos del rodamiento. Durante el proceso de laminación, los factores de interferencia que afectan la forma de la pieza laminada (la forma del espacio entre los rodillos del rodamiento) incluyen principalmente cambios en la forma del rodillo (laminador) y fluctuaciones en la fuerza de laminación (pieza laminada). Para un laminador de placas y bandas con un buen rendimiento de control de la forma plana, la forma del espacio entre los rodillos del cojinete debe tener un rango ajustable lo suficientemente grande y la capacidad de resistir la interferencia de los cambios en la fuerza de laminación y la forma del rodillo. Por lo tanto, el índice de definición del rendimiento del control de forma plana del laminador de placas y bandas es el siguiente.
4.1 Campo de control de forma del rollo
El campo de control de forma del rollo es el índice descriptivo de la forma del rollo (corona, forma de cuña, borde) utilizado en la tecnología de control de planitud del laminador. . Adelgazamiento y protrusión local: el rango máximo controlable. Rango máximo ajustable. Sin embargo, la curva de separación entre rodillos generalmente se puede representar mediante valores numéricos discretos dentro del ancho de la tira, y la segunda y cuarta convexidades de la curva se obtienen mediante ajuste polinómico, y el rango máximo ajustable de la corona de separación entre rodillos se establece en el sistema de coordenadas. Se llama dominio de ajuste de la corona del espacio entre rodillos.
4.2 Rigidez transversal del espacio entre rodillos
Por un lado, el laminador debe tener la flexibilidad para soportar la forma ajustable del espacio entre rodillos y, por otro lado, debe tener la capacidad para mantener el espacio entre rodillos cuando la fuerza de rodadura fluctúa y existe interferencia. La capacidad de la forma para ser relativamente estable, es decir, la rigidez del espacio entre rodillos. La rigidez de la separación entre rodillos se define por la rigidez transversal K de la separación entre rodillos:
K=△q/△Cw (9)
En la fórmula,--el cambio en la presión de laminación q;- - Correspondiente al cambio en la corona del espacio entre rodillos.
4.3 Automantenimiento (estabilidad) de la forma del rodillo
La superficie de los rodillos del laminador seguirá desgastándose durante el período de servicio. La curva del perfil de la superficie de los rodillos después del proceso. el desgaste se puede medir después de la máquina. Luego, restando de la curva de forma del rodillo inicial del rodillo delante de la máquina, se puede obtener la curva de distribución de desgaste relativa de la superficie (punto medio o borde) del rodillo durante el período de servicio. que se llama curva de desgaste del rodillo o forma del rodillo de desgaste del rodillo. Forma de rodillo. Definición del parámetro autosostenible del rodillo Rw:
Rw=1.0-Wmax.K/Lw (10)
Wmax-cantidad máxima de desgaste relativo en la dirección del ancho Lw-ancho de la curva de desgaste; ; relación diámetro-longitud del K-Roll.
Si la superficie del rollo se desgasta uniformemente, el rollo tiene el mejor automantenimiento de la forma del rollo, es decir, estabilidad de la forma del rollo, Rw = 1,0. En aplicaciones prácticas, además del pelado local en la superficie, la curva de desgaste del rodillo puede ser de tipo curva más o menos suave (tipo C, polinomio alto o polinomio bajo), "trapezoide (tipo T)", "tipo escalonado ( Tipo S)" "y "tipo oreja de gato (tipo CE)".
El desgaste desigual en la superficie del rodillo puede provocar cambios en la forma del espacio del rodillo y el efecto de ajuste de algunas tecnologías de control de la forma de la placa. El dominio de ajuste del espacio entre rodillos representa la flexibilidad del ajuste del espacio entre rodillos, y la rigidez transversal del espacio entre rodillos representa la estabilidad del espacio entre rodillos cuando cambia la fuerza de rodadura. Los dos se combinan para formar un sistema de coordenadas Cw-Cq-q Utilizando el ancho de laminación B como variable de parámetro, se puede obtener un diagrama tridimensional que describe el rendimiento del control de planitud del laminador. Si el rendimiento de autorretención del rollo es bueno, el diagrama de rendimiento del control de forma tridimensional permanece sin cambios durante toda la vida útil del rollo.
Las características de flexibilidad y rigidez del ajuste de la separación entre rodillos y las características de automantenimiento de la forma del rodillo son la base principal para comparar el rendimiento del control de planitud del laminador de bandas.
La eficiencia del 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 bandas. Por lo tanto, comparar el rendimiento del control de planitud de los laminadores 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 bandas.
La configuración de la tecnología de control de planitud del laminador de bandas determina el modelo del laminador y también determina el Estrategia de control de planitud del laminador: "Flexibilidad, "espacio entre rodillos" o "espacio entre rodillos rígido". "Separación entre rodillos rígidos. Si la tecnología icónica de control de forma de la idea de ajuste del laminador es ampliar la forma del dominio de ajuste de la separación entre rodillos, se denomina tipo de separación entre rodillos flexible; si se trata de aumentar la rigidez lateral de la separación entre rodillos , se llama tipo de espacio entre rodillos rígidos.
El laminador CVC, al igual que el laminador de PC, es un rodillo de alta flexibilidad y baja rigidez, es decir, un rodillo flexible. ) el laminador es un rodillo poco convexo y de alta rigidez, es decir, un rodillo rígido; el rodillo de soporte VCL (VCR) se puede aumentar. La rigidez del rodillo permite que el rodillo de respaldo tenga un excelente automantenimiento de la forma del rodillo, pero no lo es. también un rodillo rígido puede lograr un control dual de los rodillos flexibles y de los rodillos rígidos.
6 Comparación integral de rendimiento de laminadores de placas y tiras.
Los principales modelos de laminadores de placas y bandas en frío y caliente incluyen los convencionales de cuatro rodillos, CVC, HC (UC), PC, K?kwik RS, VCL (VCR), DSR, etc. Los principales modelos Los laminadores de placas y flejes de laminación en frío y en caliente son laminadores tradicionales de cuatro rodillos, CVC, HC (UC), PC, K?kwik RS, VCL (VCR), DSR, etc. La simulación de software y la investigación de prácticas de producción compararon el rendimiento integral de varios tipos de laminadores de bandas desde ocho aspectos, consulte la Tabla 1.
Tabla 1 Comparación integral del rendimiento de los laminadores de bandas
Tabla 1 Comparación integral del rendimiento de los laminadores de bandas
Proyecto Tradicional de cuatro rodillos CVC HC (UC) PC K-WRS VCL (VCR) DSR
Si el rodillo se mueve No Sí Sí Sí Sí Sí No Si
Espacio entre rodillos Dominio de ajuste de forma C A A A A C B B A
Rigidez transversal del espacio entre rodillos C C A C C C C A A
Automantenimiento de la forma del rodillo
Estabilidad del movimiento del material rodante B B B C B A A A
Desgaste de la pieza laminada A C C V B A A C
Rotación libre C C B C A C A C
Fácil construcción y mantenimiento A B B C B A B C
Evita la fuerza axial excesiva
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La forma del rollo y los rodillos de molienda son simples A C B A A C C A
Los resultados de la comparación muestran además que varios tipos de molinos de bandas tienen sus propias ventajas y desventajas.
En particular, la velocidad y la calidad de la molienda han sido enormemente mejorado
En particular, cada modelo tiene 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 desigual grave de los rodillos de soporte. (y los rodillos de trabajo) La presión de contacto de los rodillos del molino HC (UC) se distribuye en un triángulo, lo que provoca un gran pico de presión de contacto en el extremo del rodillo, lo que provoca el pelado de la superficie del rodillo, lo que aumenta el consumo y el reemplazo de los rodillos. . frecuencia. La estructura mecánica del laminador de PC es compleja, la fuerza axial de los rodillos de trabajo es grande y los rodillos de trabajo soportan alta presión, por lo que los rodillos de trabajo deben ser reemplazados. La compleja estructura mecánica hace que el rodillo de trabajo soporte una gran fuerza axial, lo que dificulta que el punto de intersección coincida con la línea central del ancho del laminado y es fácil que la pieza laminada se salga.
La "caja de desgaste" desigual de los rodillos de trabajo superior e inferior de los laminadores en caliente K?kwikr RS y CVC inevitablemente causará que la separación entre los rodillos sea asimétrica después de que los rodillos de trabajo se muevan, lo que resultará en ondas en forma de cuña y de un solo lado en la pieza laminada, e incluso desviación; mientras que PC El laminador evita este tipo de problemas porque los rodillos no se mueven. Los molinos K-WRS que utilizan rodillos planos convencionales no contribuyen en nada al control de la planitud, pero también pueden desempeñar un papel en el control de la planitud si se utilizan rodillos de trabajo con perfiles de rodillo especiales. El laminador K-WRS puede dispersar y suavizar el desgaste y es adecuado para condiciones de laminación estructurada libre de laminación en caliente, mientras que las tecnologías CVC, HC (UC) y PC no tienen tales capacidades.
7 Conclusión
La investigación comparativa muestra además que todas las tecnologías actuales de control de placas rodantes tienen ventajas y limitaciones, y aún están en desarrollo y aún no están maduras. Por un lado, esto plantea dificultades para la selección de laminadores de bandas y la configuración de la tecnología de control de planitud. Por otro lado, también deja un gran espacio para la innovación en la tecnología de control de planitud. Por lo tanto, en los últimos años, la investigación sobre la forma de las placas siempre ha sido la frontera y el punto caliente, y la tecnología de las formas de las placas se ha desarrollado hacia modelos de serialización e integración. La serialización se refleja principalmente en el desarrollo de tecnología de control de la forma de la placa para cada stand del tren de laminación continua, teniendo en cuenta los ajustes del paso de laminación de la forma de la placa, y centrándose en el desarrollo de trenes de laminación que realizan simultáneamente enfriamiento laminar de laminación en caliente y acabado en caliente. , decapado en frío y laminado en frío. Tecnología de control de forma para planitud y acabado. La integración se refleja principalmente en la tecnología integral de control de planitud que integra la configuración de la máquina, el diseño de los rodillos, el sistema de proceso y el modelo de control de los laminadores en frío y en caliente.
Zhang Qingdong (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. Huang Lunwei, tecnología de placas DSR. Investigación: [Disertación]. Beijing: Beijing: Universidad de Ciencia y Tecnología Beijing, 1999.3
2. Detección de forma y control automático de placas de acero de banda ancha laminadas en frío. Acero, 1999 (10): 69.