厚板精轧机工作辊三段冷却系统的改进与应用
日期：2008-9-21 12:56:03 来源：中国自动化网
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1 前 言
济南钢铁股份有限公司中厚板厂（简称济钢中厚板厂）3500mm四辊可逆精轧机主要包括：7000kW交交变频同步电机矢量控制技术、厚度自动控制技术、工作辊三段冷却技术、矩型轧制控制技术、γ射线测厚技术等，其电控系统是全套引进德国西门子公司的产品，于2001年12月份开始投入试运行。在调试阶段，由于工作辊冷却系统的供水压力不稳、水质差、喷嘴易堵、角度布局不合理以及电子调节阀不能满足工作辊三段冷却工艺要求等原因，影响了该系统的一级自动化、二级模型的调试及运行，造成辊型得不到控制，限制了钢板品种及产品质量。为了控制辊型凸度，减少镰刀弯，提高成材率，增加轧制品种，减少水耗、辊耗等，对工作辊三段冷却系统进行了改进。
2 改进方案及措施
2.1 改进方案
工作辊三段冷却系统控制原理框图见图1。该系统可根据轧制工艺，通过模型控制，实时调整工作辊三段冷却情况。
针对系统存在的问题，制定了以下改进方案：（1）由于供水压力不稳等，全面改造供水系统；（2）由于工作辊三段冷却系统的特殊要求，三段电子调节阀通径大小不能一样，所以对调节阀及相应的控制回路进行改进；（3）对控制系统进行反复调试，使系统自适应，不但要实现全自动控制，同时使控制模型运行在最优状态。
2.2 改进措施
（1）在原有的供水系统PLC中增加了水压力自动调节功能,使供水压力稳定，保证了喷射效果。选用带滤网、带定位角度、耐磨损的喷嘴，并在水系统中增加过滤装置，彻底解决了喷嘴堵塞问题，同时解决了喷嘴因磨损而喷出水量不一致的问题，喷嘴的定位角度保证了工作辊的冷却效果，很好地控制了轧辊凸度，因为要重新更换喷嘴，就必须更换机架支管、集水管。此外通过焊接、加固、加垫子等措施处理了机架法兰漏水等问题。
（2）根据工作辊三段冷却系统的特殊要求，重新设计了电子调节阀的通径。2003年利用中修时间更换了调节阀，中段的两个调节阀通径大（50mm），用于两外侧段的电子调节阀通径小（40mm）。原来的四个调节阀对PLC ET200（计算机接口部分）的接线是共地方式，新的调节阀各路模拟量对PLC是单独的。为此，改造了执行机构到接口部分的控制回路，满足了快速调节辊凸度的要求以及工作辊三段冷却系统中段调节水量大的工艺要求。
（3）对工作辊三段冷却模型控制系统进行调试。一级自动化全数字多处理器SIMADYN D系统是在以UNIX为平台的软件环境下开发的STRUC G应用软件，分别实现了PID自动调节、自适应调节。先利用STRUC G软件仿真每个调节阀的特性曲线后，再在程序运行中验证其调节特性，经多次回归数据来修正程序，直至调节特性满足工艺要求。二级自动化系统是利用服务器在以Windows NT4为平台的软件环境下开发的VC++6.0应用软件实现模型控制，二级服务器通过ORACLE数据库读取生产管理服务器的数据进行模型控制。这些数据主要包括：（1）钢坯原始数据：钢坯尺寸、化学成分、钢种、重量、温度；（2）轧制目标钢板数据：钢板厚度、长度、宽度等；（3）粗－精轧机负荷分配：轧制压力、轧制扭矩、压下率、咬入/抛出速度、轧制速度、精轧机终轧温度等；（4）γ射线测厚结果等。二级服务器计算机程序得到以上数据后，对模型系数不断自学习，直到使该系统达到优化控制。
3 改进效果
改进后的工作辊三段冷却系统于2003年3月投入使用，不但实现了精轧机工作辊三段冷却系统的自动控制，而且控制模型运行在最优状态，完全满足了工艺要求。改造后自动调节的效果见图2。
由于轧辊凸度得到了控制，大大减少了由于辊型受热不均而造成的钢板镰刀弯，板材成材率提高了0.5%，水耗降低了10%，年创效益达1080多万元，同时改变了不能轧制8mm以下的钢板的局面，增加了钢材轧制品种。
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济南钢铁股份有限公司中厚板厂（简称济钢中厚板厂）3500mm四辊可逆精轧机主要包括：7000kW交交变频同步电机矢量控制技术、厚度自动控制技术、工作辊三段冷却技术、矩型轧制控制技术、γ射线测厚技术等，其电控系统是全套引进德国西门子公司的产品，于2001年12月份开始投入试运行。在调试阶段，由于工作辊冷却系统的供水压力不稳、水质差、喷嘴易堵、角度布局不合理以及电子调节阀不能满足工作辊三段冷却工艺要求等原因，影响了该系统的一级自动化、二级模型的调试及运行，造成辊型得不到控制，限制了钢板品种及产品质量。为了控制辊型凸度，减少镰刀弯，提高成材率，增加轧制品种，减少水耗、辊耗等，对工作辊三段冷却系统进行了改进。
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2 改进方案及措施
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2.1 改进方案
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工作辊三段冷却系统控制原理框图见图1。该系统可根据轧制工艺，通过模型控制，实时调整工作辊三段冷却情况。
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针对系统存在的问题，制定了以下改进方案：（1）由于供水压力不稳等，全面改造供水系统；（2）由于工作辊三段冷却系统的特殊要求，三段电子调节阀通径大小不能一样，所以对调节阀及相应的控制回路进行改进；（3）对控制系统进行反复调试，使系统自适应，不但要实现全自动控制，同时使控制模型运行在最优状态。
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2.2 改进措施
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（1）在原有的供水系统PLC中增加了水压力自动调节功能,使供水压力稳定，保证了喷射效果。选用带滤网、带定位角度、耐磨损的喷嘴，并在水系统中增加过滤装置，彻底解决了喷嘴堵塞问题，同时解决了喷嘴因磨损而喷出水量不一致的问题，喷嘴的定位角度保证了工作辊的冷却效果，很好地控制了轧辊凸度，因为要重新更换喷嘴，就必须更换机架支管、集水管。此外通过焊接、加固、加垫子等措施处理了机架法兰漏水等问题。
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（2）根据工作辊三段冷却系统的特殊要求，重新设计了电子调节阀的通径。2003年利用中修时间更换了调节阀，中段的两个调节阀通径大（50mm），用于两外侧段的电子调节阀通径小（40mm）。原来的四个调节阀对PLC ET200（计算机接口部分）的接线是共地方式，新的调节阀各路模拟量对PLC是单独的。为此，改造了执行机构到接口部分的控制回路，满足了快速调节辊凸度的要求以及工作辊三段冷却系统中段调节水量大的工艺要求。
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
（3）对工作辊三段冷却模型控制系统进行调试。一级自动化全数字多处理器SIMADYN D系统是在以UNIX为平台的软件环境下开发的STRUC G应用软件，分别实现了PID自动调节、自适应调节。先利用STRUC G软件仿真每个调节阀的特性曲线后，再在程序运行中验证其调节特性，经多次回归数据来修正程序，直至调节特性满足工艺要求。二级自动化系统是利用服务器在以Windows NT4为平台的软件环境下开发的VC++6.0应用软件实现模型控制，二级服务器通过ORACLE数据库读取生产管理服务器的数据进行模型控制。这些数据主要包括：（1）钢坯原始数据：钢坯尺寸、化学成分、钢种、重量、温度；（2）轧制目标钢板数据：钢板厚度、长度、宽度等；（3）粗－精轧机负荷分配：轧制压力、轧制扭矩、压下率、咬入/抛出速度、轧制速度、精轧机终轧温度等；（4）γ射线测厚结果等。二级服务器计算机程序得到以上数据后，对模型系数不断自学习，直到使该系统达到优化控制。
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3 改进效果
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改进后的工作辊三段冷却系统于2003年3月投入使用，不但实现了精轧机工作辊三段冷却系统的自动控制，而且控制模型运行在最优状态，完全满足了工艺要求。改造后自动调节的效果见图2。
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由于轧辊凸度得到了控制，大大减少了由于辊型受热不均而造成的钢板镰刀弯，板材成材率提高了0.5%，水耗降低了10%，年创效益达1080多万元，同时改变了不能轧制8mm以下的钢板的局面，增加了钢材轧制品种。
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