Валки прокатного стана: калибровка зазора и термокомпенсация.

Введение — Почему отклонение толщины первого рулона валков прокатного стана имеет значение

Замена валков — одна из самых рутинных операций на прокатных станах горячей прокатки, а валки являются наиболее важными расходными компонентами в этом процессе. Однако практически каждая сменная бригада сталкивалась с одной и той же досадной проблемой: после установки нового рабочего валка первый рулон — или даже первые три-пять рулонов — снова и снова демонстрирует отклонения по толщине и волнистую форму, вынуждая операторов либо снижать качество продукции, либо многократно вручную корректировать параметры. Это снижает выход годной продукции и нарушает производственные графики.

Многие бригады инстинктивно винят в этом неточность шлифовки валков. В действительности же в большинстве случаев первопричина кроется в одном или нескольких из трех факторов: неправильная калибровка зазора между валками прокатного стана, неточная компенсация теплового диаметра валков и нестандартизированные процедуры обработки первого рулона. В этом руководстве рассматриваются основные причины отклонения толщины валков прокатного стана, предлагается стандартизированный алгоритм калибровки валков, планы оптимизации параметров и методы быстрого реагирования на неисправности, которые помогут операторам стана максимизировать процент успешного шлифования первого рулона.

Для получения подробных технических характеристик см. валки прокатного станаОзнакомьтесь с нашим руководством по продукции, в котором рассматриваются вопросы выбора материалов, графиков технического обслуживания и оптимизации производительности.

Первобытные технология прокатных валков Включает в себя новейшие методы калибровки и компенсации, используемые в современных прокатных станах горячей прокатки.

Четыре основные причины отклонения толщины первого рулона прокатных валков

1. Калибровочная ошибка нулевой точки зазора валков прокатного стана

Когда процедура калибровки зазора между валками прокатного стана рассматривается как формальность, остаточная ошибка возврата гидравлического цилиндра, зазор корпуса подшипника и износ опорной пластины не могут быть полностью компенсированы. Фактический зазор между валками прокатного стана будет отклоняться от заданного значения на десятки микрон. Когда износ опорной пластины корпуса подшипника опорного валка превышает 0,5 мм, это напрямую вызывает смещение высоты валков, приводя к периодическим колебаниям толщины и клиновидным отклонениям — опасности для оборудования, которые многие бригады упускают из виду. Плохая синхронизация между системами винтового крепления с двух сторон и отклонение усилия прокатки от заданных параметров могут вызвать неравномерность горизонтального зазора между валками прокатного стана, что приводит к превышению толщины с одной стороны.

Современные процедуры калибровки гидравлического АРУ для валки прокатного стана Внедрить многоточечную проверку нулевой точки для выявления этих незначительных отклонений до начала производства.

2. Погрешность компенсации диаметра термических валков прокатного стана

Калибровка, выполненная в условиях холодной прокатки, обеспечивает точную нулевую точку отсчета. Однако после начала прокатки температура поверхности валков быстро повышается. Валки термически расширяются, их диаметр увеличивается, а зазор между валками прокатного стана пассивно сужается. Если параметры по-прежнему устанавливаются на основе значений, полученных при холодной прокатке, толщина полосы будет постоянно смещаться в сторону уменьшения. Большинство производственных линий используют только фиксированное значение компенсации, не различая начальную фазу холодной прокатки, фазу прогрева и фазу установившегося состояния. Это приводит к тому, что компенсация первого витка валков прокатного стана оказывается либо недостаточной, либо чрезмерной.

3. Параметры самообучения модели AGC не сбрасываются — данные о старых валках прокатного стана создают помехи.

Модель управления толщиной прокатного стана AGC основана на коэффициентах самообучения для итеративной оптимизации силы прокатки и зазора между валками прокатного стана. Данные самообучения, накопленные для предыдущих изношенных валков прокатного стана, совершенно не подходят для исходного профиля и диаметра нового валка. Если исторические краткосрочные коэффициенты самообучения не сбрасываются после замены валка, а параметры не инициализируются маркой стали и группой спецификаций, модель будет генерировать неверные заданные значения силы прокатки, что напрямую приведет к превышению толщины головки первого рулона при использовании новых валков прокатного стана.

4. Нестационарные условия эксплуатации. Складирование валков прокатного стана. Ухудшение управляемости.

Прокатка первого рулона на новых валках прокатного стана представляет собой классический нестационарный режим: температура валков быстро повышается от комнатной температуры, толщина масляной пленки подшипников еще не стабилизировалась, а скорость прокатки увеличивается от скорости нарезания резьбы до рабочей скорости. Совокупный эффект приводит к запаздыванию реакции системы автоматической регулировки скорости (AGC), и точность управления толщиной в замкнутом контуре значительно снижается. Если прокатка происходит непосредственно в стационарном режиме на полной скорости с большим обжатием, вероятность образования негабаритных деталей экспоненциально возрастает для новых валков прокатного стана.

Измерение на месте: Стандартизированная процедура калибровки зазора валков прокатного стана.

Калибровка зазора между валками прокатного стана является эталоном контроля толщины. Процесс должен обеспечивать трехступенчатую замкнутую систему: нулевой механический зазор, синхронизация и согласованность обеих сторон, а также завершение ручной проверки. Никогда не начинайте прокатку простым нажатием кнопки автоматической калибровки.

1. Предварительная проверка состояния оборудования для калибровки валков прокатного стана.

Перед калибровкой осмотрите опорные пластины подшипниковых корпусов рабочего и опорного валков на предмет износа. Любой износ, превышающий 0,5 мм, требует немедленной замены для обеспечения точности высоты вальцов прокатного стана. Очистите поверхности валков и области окон вальцов, чтобы удалить мусор и предотвратить застревание посторонних предметов, которое может привести к отклонению калибровки. Убедитесь, что температура масла в гидравлической системе стабильна в диапазоне 40–50°C — колебания температуры масла, превышающие ±5°C, вызовут задержку реакции сервоклапана и напрямую повлияют на точность калибровки валков прокатного стана.

2. Стандартные этапы гидравлической калибровки АРУ для валков прокатного стана

Первоначальная перезагрузка: Полностью откройте зазор между валками прокатного стана, обнулите показания датчиков силы прокатки и положения, чтобы исключить дрейф нулевой точки системы.

Поэтапное прессование: Прикладывайте давление к валкам прокатного стана поэтапно. Сначала прессуйте до минимального усилия прокатки 200 т, убедившись в равномерном контакте с обеих сторон. Затем постепенно увеличивайте усилие до калиброванного усилия прокатки (обычно 2000 т для стандартных производственных линий).

Измерение эксцентриситета: Запустите главный привод на низкой скорости, поверните опорный вал более чем на 2 полных оборота, соберите данные о колебаниях силы прокатки, запишите значения эксцентриситета валков прокатного стана и внесите их в параметры компенсации.

Блокировка нулевой точки: Снизьте давление до калиброванного значения и дождитесь стабилизации, затем заблокируйте зазор между валками прокатного стана в нулевой точке. Убедитесь, что отклонение усилия прокатки между стороной оператора и стороной привода составляет менее 245 кН.

3. Ручная проверка калибровки валков прокатного стана.

После завершения автоматической калибровки валков прокатного стана необходимо использовать фактический измеритель зазора между валками для измерения трех точек: центра корпуса валка и обоих концов. Если отклонение по трем точкам превышает ±0,05 мм, требуется повторная калибровка. Вручную поверните валок, чтобы убедиться в отсутствии заедания и эксцентрической нагрузки. Загрузите данные калибровки в модель уровня 2 для обновления эталонных данных.

Стратегия компенсации диаметра валков прокатного стана с помощью термического воздействия

Термическое расширение валков — это динамический процесс для валков прокатного стана. Компенсацию необходимо устанавливать поэтапно и по зонам, а не в виде единой фиксированной величины. Основной принцип заключается в том, чтобы согласовать заданное значение зазора между валками прокатного стана с изменениями диаметра валков в реальном времени.

1. Поэтапная градиентная компенсация валков прокатного стана

Начальный этап холодной прокатки (первые 1–3 витка валков прокатного стана): предварительно установите значение компенсации теплового расширения. Для обычных валков горячей прокатки из углеродистой стали установите компенсацию диаметра валка в диапазоне 0,05–0,1 мм для компенсации начального быстрого теплового расширения.

Фаза прогрева (катушки 4–10 для валков прокатного стана): На основе измерения температуры поверхности валка с помощью инфракрасного излучения динамически корректируйте коэффициент компенсации. При каждом повышении температуры поверхности валка на 10 °C увеличивайте компенсацию диаметра валка на 20–30 мкм.

Стационарная фаза прокатки валков прокатного стана: переход к компенсации диаметра валков в режиме реального времени с обратной связью, рассчитывающей тепловое расширение путем интегрирования ритма прокатки и расхода охлаждающей воды для непрерывной коррекции заданного значения зазора между валками прокатного стана.

2. Компенсация боковой зоны и времени простоя валков прокатного стана

Установите компенсацию диаметра валков прокатного стана по зонам, увеличив центральную компенсацию на 15–20% по сравнению с кромкой, учитывая более высокую температуру в центре валкового тела. Если время простоя или ожидания достижения нужной температуры превышает 10 минут после замены валков прокатного стана, повторно измерьте температуру валков и уменьшите значение компенсации диаметра валков. Повторно выполните компенсацию градиента в соответствии с протоколом начальной фазы холодной прокатки.

Оптимизация процесса прокатки первого рулона с использованием новых валков прокатного стана.

Первая катушка с новыми валками прокатного стана относится к нестационарной прокатке. Параметры стационарного процесса не могут быть применены напрямую. Адаптационная оптимизация должна проводиться с трех точек зрения: скорость, степень обжатия и модель.

1. Адаптация валков прокатного стана к постепенному увеличению и уменьшению скорости вращения.

Для первой рулонной ленты с новыми валками прокатного стана используйте низкоскоростную намотку и низкоскоростную прокатку на скорости 60–70% от нормальной производственной скорости. После того, как головка ленты пройдет последний стан чистовой обработки и система управления с обратной связью стабилизируется, постепенно увеличивайте скорость в 2–3 этапа, при этом каждое увеличение скорости рулона не должно превышать 20%. Соответственно уменьшите общий коэффициент обжатия для первых рулонных лент прокатного стана на 5–8%, а коэффициент обжатия на последнем стане чистовой обработки контролируйте в пределах 15%.

2. Инициализация параметров модели и сила изгиба валков прокатного стана.

После замены валков прокатного стана удалите коэффициенты краткосрочного самообучения из предыдущего набора валков. Загрузите начальные параметры самообучения, сгруппированные по марке стали и спецификации. Исходя из начального выпуклого профиля новых валков прокатного стана, предварительно установите значение изгибающего усилия, увеличив его на 10–15% по сравнению с изгибающим усилием старого валка в конце срока его службы, чтобы предотвратить чрезмерное уменьшение диаметра в центре.

Четыре распространённые ошибки при регулировке валков прокатного стана, которых следует избегать.

Миф 1: Полагаться исключительно на автоматическую калибровку без ручной проверки.

Факт для валков прокатного стана: дрейф датчиков, застревание посторонних предметов и износ опорной плиты могут привести к неточности автоматической калибровки. Ручная трехточечная проверка зазора между валками — это последняя линия защиты. Пропуск этой проверки легко приводит к превышению размеров партии.

Миф 2: Обмен параметрами самообучения между новыми и старыми валками прокатного стана

Факт о валках прокатного стана: после износа валка его диаметр уменьшается, а профиль становится плоским — это существенно отличается от состояния нового валка. Изменение параметров смешивания напрямую приводит к неточности заданных значений модели. Сброс должен происходить при каждой замене валков прокатного стана с инициализацией по марке стали.

Миф 3: Многократное увеличение зазора между валками при превышении размера первого рулона валков прокатного стана.

Факт о валках прокатного стана: отклонение толщины первого витка в основном вызвано динамическим процессом теплового расширения. Перед внесением незначительных корректировок коэффициента компенсации понаблюдайте за 2-3 витками. Частые большие изменения зазора между валками усиливают колебания — чем больше вы корректируете, тем хуже становится ситуация.

Миф 4: Игнорирование влияния температуры масла на зазор между валками прокатного стана.

Факт о валках прокатного стана: колебания температуры гидравлического масла изменяют вязкость масла и скорость отклика сервоклапана. Калибровка в условиях холодной машины и прокатка в условиях горячей машины приводят к скрытым отклонениям зазора между валками. Перед калибровкой гидравлическую систему необходимо прогреть для стабилизации температуры масла.

Экстренное оперативное реагирование при превышении размеров валков первого рулона прокатного стана.

Реакция на незначительные, умеренные и сильные отклонения валков прокатного стана

Незначительные отклонения (в пределах ±0,05 мм) при работе с валками прокатного стана: точная настройка коэффициента усиления АРУ, снижение скорости отклика, поддержание скорости тока для 2–3 катушек до стабилизации температуры валков и автоматического устранения отклонений.

Умеренное отклонение (±0,05–0,1 мм) при работе валков прокатного стана: увеличить скорость паузы, вручную скорректировать значение термокомпенсации зазора между валками прокатного стана, одновременно точно настроить соответствующую силу изгиба стана. Возобновить нормальный ритм после того, как толщина двух последовательных рулонов стабилизируется.

Значительное отклонение (превышающее 0,1 мм, клиновидной формы) валков прокатного стана: Немедленно остановите стан, повторно выполните процедуру калибровки зазора между валками прокатного стана, проверьте систему крепления, датчики и опорные пластины на наличие неисправностей. Принудительное производство с известными неисправностями строго запрещено.

Заключение — Точное управление зазорами между валками прокатного стана приносит свои плоды.

Завышение толщины первого рулона при использовании новых валков прокатного стана может показаться незначительной проблемой, но это отражает уровень стандартизации калибровки и точности параметров в цехе. Тщательная калибровка зазора между валками прокатного стана, точная настройка параметров термической компенсации и технические характеристики процесса изготовления первого рулона могут повысить процент соответствия толщины первого рулона до более чем 95%, снизить потери на сдвиг и ухудшение качества, а также уменьшить аномальный износ валков прокатного стана — что делает это чрезвычайно экономически эффективной мерой повышения качества и производительности при горячей прокатке.

Часто задаваемые вопросы о валках прокатного стана

В: Какова наиболее распространенная причина отклонения толщины первого рулона новых валков прокатного стана?

А: Наиболее распространенная причина — неадекватная калибровка зазора между валками прокатного стана в сочетании с неточной компенсацией термического диаметра валков. Основными виновниками являются остаточный механический зазор в узле упора для валков и дрейф гидравлической системы во время калибровки холодных валков.

В: Как отличить механическую вибрацию от вибрации, вызванной параметрами процесса, в валках прокатного стана?

А: Механическая вибрация в валках прокатного стана обычно коррелирует со скоростью вращения валков и сохраняется для всех марок и ширин стали. Вибрация, зависящая от параметров процесса, зависит от скорости и материала — она проявляется только в определенном диапазоне скоростей. Анализ частотного спектра сигнала силы прокатки является наиболее надежным методом диагностики.

В: Влияет ли шлифовка валков на вибрацию после установки новых валков прокатного стана?

А: Да. Перед установкой рабочий валок, прошедший повторную шлифовку, должен пройти проверку динамической балансировки. Несбалансированные валки прокатного стана создают центробежную силу при каждом обороте, вызывая вынужденные колебания, которые связаны с колебаниями толщины полосы. Всегда проверяйте сертификат динамической балансировки после любой повторной шлифовки.

В: Что такое резонанс в прокатных станах и как он влияет на качество первого рулона прокатных валков?

А: Резонанс в валках прокатного стана возникает, когда собственная частота валкового узла совпадает с частотой возбуждения, вызванной скоростью вращения валков. При возникновении резонанса амплитуда силы прокатки значительно возрастает, вызывая серьезные отклонения толщины и появление поверхностных дефектов. Крайне важно определить критические диапазоны скоростей и избегать их во время прокатки первого рулона на новых валках прокатного стана.

В: Как часто следует проверять зазор между валками прокатного стана и тепловую компенсацию?

А: Проверка должна проводиться при каждой замене валков прокатного стана, после любого простоя, превышающего 10 минут, и всякий раз, когда заметно меняется тенденция отклонения толщины. Операторы смены должны проводить быструю проверку отклонения усилия прокатки в начале каждой смены и регистрировать данные для анализа тенденций.

В: Является ли снижение скорости надежным долгосрочным решением проблемы отклонения толщины первого рулона валков прокатного стана?

А: Нет. Снижение скорости маскирует симптом, не устраняя первопричину отклонения валков прокатного стана. Постоянное использование снижения скорости уменьшает производительность стана и не решает основные ошибки калибровки или компенсации. Исправьте калибровку зазора между валками прокатного стана, термическую компенсацию и инициализацию параметров АРУ, а затем восстановите нормальную скорость, как только процесс стабилизируется.

В: Почему для каждого нового комплекта валков прокатного стана требуется собственная инициализация параметров самообучения системы автоматической регулировки тяги (АРТ)?

А: Каждый новый комплект валков прокатного стана имеет другой начальный диаметр, выпуклость и состояние поверхности по сравнению с изношенными валками. Коэффициенты самообучения модели AGC оптимизированы для конкретной геометрии валков и состояния износа. Использование данных самообучения старых валков прокатного стана на новых валках приводит к систематическим ошибкам заданных значений, которые проявляются в виде постоянного отклонения толщины первого рулона до тех пор, пока модель не сойдется.