Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Автоматизация управления качеством тонколистового проката. Автоматизация управления плоскостностью и качеством поверхности холоднокатаных полос. Книга
.pdf
)(
max
yL
н
min
ост
min
ост
min
ост
min
ост
l
Llпл
E
упр
min
ост
min
ост
E
ост
ост
min
min
Тогда условие полного выравнивания полосы (снятия остаточных
напряжений) можно представить в виде:
l >
или
L(1+εпл+ ε
1+εпл>1–
где
при отжиге; ε
натяжения;
упр
= ∆l/l – относительная пластическая деформация полосы
– относительная упругая деформация полосы под действием
, – среднее удельное натяжение полосы в АНО.
Если же условие (1.18) не выполняется, то необходимо уменьшить
абсолютную величину
Из (1.18) и вытекают требования к неплоскостности холоднокатаных
(1.16)
) > L(1–
упр
или εпл > -
.
), (1.17)
, εпл >
, (1.18)
полос, поступающих на обработку в АНО.
В неравенстве (1.18) величину
напряжений: измеренной либо рассчитанной [4]:
можно оценить по эпюре остаточных
.
Величину относительной пластической деформации εпл можно вычислить
по формуле:
εпл = α (Т2 -Т1), (1.19)
где α – коэффициент термического расширения оС-1 (для стали -
α≈1,3·10
-5 оС-1
); Т
, Т
– температуры релаксации в момент окончания и начала
2
1
процесса пластического (необратимого) деформирования полосы, оС.
В случае выполнения условия (1.16), подтверждающего эффект полного
снятия остаточных напряжений и устранения неплоскостности не имеет смысла
вести речь о новообразовании остаточных напряжений в полосе при
температурах рекристаллизации на участке камеры выдержки, где происходит
31
)(y
ост
)()()(
minmin
упрплостост
yy
)()()(
упрплосто ст
yy
)(y
ост
)(y
ост
Е
y
ост
)(
изменение микроструктуры, физических и механических (разупрочнение, рост
способности к пластическому деформированию) свойств. Возможные
внутренние напряжения, которые могут возникать при нагреве полосы из-за
неравномерности распределения температуры по ширине полосы,
высвобождаются в процессе первичной рекристаллизации. Особенно ярко эти
процессы проявляются при высоких скоростях нагрева, характерных для
технологии термообработки в АНО.
Для количественной оценки εпл следует провести промышленный
эксперимент. В результате экспериментально можно установить диапазоны
изменения величины необратимой пластической деформации (удлинения)
полосы. С использованием этих результатов можно уточнить температуры
начала и окончания процесса релаксации.
Далее рассмотрим процесс охлаждения полосы. В общем случае, если
условие (1.18) не выполняется, т.е. не произошло полного снятия остаточных
напряжений в полосе за счет пластической деформации в процессе релаксации
в камерах нагрева и выдержки, а также частично в камере регулируемого
охлаждения, то в полосе, поступающей в камеру ускоренного охлаждения
(КУО), присутствуют остаточные напряжения (деформации), величину которых
можно определить из неравенства (1.18).
Обозначим эти остаточные деформации
Тогда
(1.20)
.
или для любого продольного сечения полосы
, (1.21)
где
сечении холоднокатаной полосы (
- остаточная упругая деформация в произвольном продольном
=
).
Обозначим:
- l, l(y) длины отрезка полосы и его продольного сечения на входе КУО;
32
)(y
ост
)(y
ост
)(1
]})([1){(])([
)(
)(
03
0333
.
TT
TyTyTyT
yLL
y
ост
кост
L
)(1
])([
)(
03
33
.
TT
TyT
y
кост
)(1
]})([1){(])([
)(
03
0333
.
TT
TyTyTyTE
y
ост
кост
)(1
])([
)(
03
33
.
TT
TyTE
y
ко ст
- L, L(y) эти же длины на выходе из агрегата;
- Т
, Т
(y), Т0 – температуры соответственно: средняя по ширине полосы; в
3
3
продольном сечении; на выходе из агрегата (окружающей среды).
Тогда после несложных преобразований получим:
l(y) = l[1+
], L(y) = l(y)[1-α[Т3(y)- Т0]] = l{[1+
]·[1- α[Т3(y)- Т0]};
L = l[1-α[Т3- Т0]]. (1.22)
Величину остаточной упругой деформации в готовой термообработанной
полосе получим из (1.22):
. (1.23)
В случае выполнения условия (1.18) – полной релаксации остаточных
напряжений в холоднокатаной полосе при отжиге формула (1.23) упрощается:
. (1.24)
Переходя к напряжениям получаем:
, (1.25)
. (1.26)
Полученные формулы (1.25), (1.26) подтверждают ранее полученные
результаты [5].
Например, в работе [5] приведены зарубежные разработки по улучшению
плоскостности полос при термообработке в АНО. Более 70% от всех
рассмотренных разработок касаются совершенствования процесса охлаждения:
предлагаются новые способы и системы (устройства), способствующие
получению полос высокой плоскостности. Показано, что охлаждение листов с
температур отжига для снятия напряжений является важнейшей стадией
33
2/1
min
.
*
)](
1
[
кр
ко ст
EL
А
П
2
1
E
E
2
*
4
,
)1(12
2
2
B
hE
k
кр
процесса, поскольку нарушения, возникающие при охлаждении, могут не
только уменьшить эффект снятия напряжений, но даже увеличивать
напряжения по сравнению с исходным состоянием.
Третья часть модели – подмодель формирования характеристик
фактической неплоскостности полос построена на основе известных формул [4,
5 и др.].
, (1.27)
где А,L – амплитуда и период фактической неплоскостности, мм;
, Е, ν – модуль Юнга и коэффициент Пуассона для металла,
χ* – коэффициент, зависящий от закона распределения амплитуды по длине
полосы (например, для синусоидального распределения
);
σкр – критическое напряжение при потере устойчивости (плоскостности), МПа
[4, и др.].
где k – коэффициент, учитывающий вид неплоскостности;
k = 50 при краевой неплоскостности; k = 100 при некраевой; h, B – толщина и
ширина полосы, м.
Значения χ* для различных типоразмеров полос, полученные
экспериментально, приведены в работе [4, с.55, табл.1].
Формула (14) необходима, но недостаточна для определения
характеристик неплоскостности, так как в ней два неизвестных А и L, которые,
как показали наблюдения, тесно связаны между собой. Для получения
замкнутой системы и решения задачи проведены дополнительные
эксперименты, в результате которых получена информация для построения
зависимости L от наиболее влияющих факторов
34
, , ATП
0A
L = F(σт, h, В, А). (1.28)
С использованием в качестве критерия минимума остаточной дисперсии
и с помощью метода наименьших квадратов (МНК) получено формализованное
описание формирования периода неплоскостности в виде линейного уравнения
регрессии: L = а
0+а1σт+а2
h+а
В+а
3
А, (1.29)
4
где а0 - свободный член уравнения; σт, h, B – предел текучести материала,
МПа; толщина и ширина полосы, мм; А – амплитуда неплоскостности, мм.
Таким образом, построены все три подмодели общей математической
модели формирования плоскостности полос, обрабатываемых в АНО.
Далее перейдём к описанию процесса функционирования подсистемы
управления плоскостностью проката (алгоритма решения – см. рис. 1.5).
При работе подсистемы необходимо учитывать время обработки металла,
т.е. время прохождения отслеживаемой партии металла по технологической
цепи производства и величину временных промежутков, в течение которых
можно воздействовать на характеристики плоскостности полос на различных
агрегатах цеха. Следовательно, целесообразно осуществлять управление в двух
режимах: off-line (тактический уровень) on-line (оперативный уровень) [7, c. 61].
В режиме off-line решается задача проектирования технологических
режимов обработки металла и регулирующих воздействий на агрегатах цеха.
В режиме on-line решается задача коррекции режимов и воздействий в
процессе производства продукции в зависимости от получаемых результатов.
Алгоритм управления плоскостностью проката в режиме off-line:
1. Задание вида и характеристик
неплоскостности в готовой
продукции (полоса, лист, лента и пр.) в соответствии с требованиями
используемого стандарта (ГОСТ, ТУ и пр.). В частности,
– плоский
прокат (модуль 1).
35
2. Вычисление минимальных остаточных напряжений (напряжений
2
min
*
1
,
К кр
m
A
E
T
(
1.30)
2
,
1
E
E
*
2
2
12(1 )
кр
Eh
k
B
min
К
л
min
К
m
0A
min min
,
К кр К кр
m л
min
пр
min min
()
КК
m л
min
др
min
пр
min
,
АНО
min
КП
( , )
АНО
yx
( , )
КП
yx
min
др
min
пр
сжатия) в продукции (модуль 8):
где
полосы;
– эмпирический коэффициент, зависящий от типоразмера полосы
E, – модуль Юнга и коэффициент Пуассона материала
(листа) и закона распределения амплитуды по её длине [4, c. 55, табл. 1];
– критическое напряжение устойчивости при потери
полосой плоской формы, где k – коэффициент, учитывающий вид
неплоскостности (при краевой k=50, при некраевой k=100); h, B – толщина и
ширина полосы (листа, ленты) [137].
вычисляются аналогично
по
формуле (1.30).
В частности, при
.
3. Вычисление минимальных остаточных напряжений в полосе после
правки
в функции вычисленных значений
(при наличии в линиях резки машин правки) по ф-лам (1.10), (1.12)
.
4. Вычисление минимальных остаточных напряжений в дрессированных
полосах
в зависимости от
(кроме электротехнических и др. сталей, которые не дрессируют)
и диапазонов изменения управляющих воздействий в
машине правки (натяжения в МПР и глубина погружения роликов в РПМ)
(модуль 7).
5. Вычисление по формуле (1.9) минимальных остаточных напряжений
в отожженных полосах в зависимости от
, а по ним расчёт поля остаточных напряжений
(
– в случае отсутствия
,
36
min min
,
КК
m л
( , )
хол
yx
( , )
АНО
yx
( , )
КП
yx
( , )
хол
yx
()
хол
y
технологической операции дрессировки;
– в случае отсутствия
технологических операций дрессировки и правки), режима дрессировки
(выбирается из условия получения заданных механических свойств и качества
поверхности полос данной группы типоразмеров), станочных профилировок
валков (определяются для выбранных режимов дрессировки и групп
типоразмеров полос) и диапазонов изменения управляющих воздействий
(гидроизгиб, перекос, дифференцированное охлаждение валков и др.) [7, рис.
2.3, с. 44] (модули 5-7)
6. Выбор режима термической обработки из диапазонов, заданных,
согласно технологической инструкции, или определенных в функции
требуемых физико-механических и электромагнитных свойств продукции (см.
гл. 2) (модули 5 и 6).
7. Вычисление поля остаточных напряжений
полосе в зависимости от остаточных напряжений
формулам (1.25) – (1.26), или
, рассчитанных по формулам (1.28) [7,
в холоднокатаной
, рассчитанных по
с.32] в отожженной полосе и выбранного режима термообработки (модуль 2).
8. Сжатое цифровое представление
. Например, аппроксимация
по ширине холоднокатаной полосы с помощью ортогональных полиномов
Лежандра и вычисление доли каждого полинома в эпюре остаточных
напряжений
[4, рис. 2.5, с. 58] (модуль 1). Изменение эпюры по длине
полосы можно учитывать при последующих вычислениях.
9. Задание режима прокатки на многоклетьевом (реверсивном) стане,
выбранного с помощью ПАВТП (см. гл. 3).
10. Расчет станочных профилировок валков для данной группы
типоразмеров и выбранных режимов прокатки [4, рис.2.1, с.37] (модуль 3).
полос на прокатном стане, вычисленные и представленные в сжатой форме
11. При наличии системы автоматического регулирования плоскостности
37
характеристики неплоскостности холоднокатаной полосы (п. 7-8) задаются в
систему и отрабатываются с помощью средств регулирования в
автоматическом режиме.
12. В противном случае производится расчет уставок СРП (управляющих
воздействий) в последней клети стана [см. формулы (1.4) – (1.6) ] в зависимости
от вычисленной плоскостности холоднокатаной полосы (п. 7-8) и выбранного
режима прокатки (п. 9) [4, рис. 2.2, с. 40] (модуль 4).
13. Сравнение рассчитанных значений уставок СРП с их допустимыми
значениями, которые задаются исходя из конструкционных и технологических
особенностей соответствующих систем и оборудования стана.
14. Если значения уставок СРП не выходят за пределы допустимых
диапазонов, то принимается решение о выборе, в противном случае
выбираются предельные значения уставок, рассчитывается поле остаточных
напряжений в полосе и изменяются в допустимых диапазонах ранее выбранные
режимы термообработки (см. п. 6) для получения требуемого поля остаточных
напряжений в отожженной полосе (см. п. 5).
15. Варьирование технологических факторов в АТО производится с
учетом степени их влияния на свойства металла и на остаточные напряжения в
полосе.
В АНО в первую очередь варьируется режим натяжений, оказывающий
наименьшее влияние на свойства и наибольшее на уменьшение и варьирование
остаточных напряжений по длине и ширине отожженной полосы. Затем, по
приоритету, скорость движения полосы по линии агрегата, и в последнюю
очередь – температурный режим, все факторы в заданных диапазонах.
При обработке в КП в первую очередь варьируется время выдержки, а
затем температура в рамках наложенных ограничений, обеспечивающих
необходимые свойства продукции (модули 5 и 6).
16. Варьирование производится до выполнения условия:
38
( , ) ( , ) ,
АНО АНО
y x y x
(1.31)
( , )
АНО
yx
( , )
КП
yx
( , )
АНО
yx
( , )
КП
yx
min
min
др
где
– поле остаточных напряжений в отожженной полосе после
изменения режима термообработки [см. формулы (1.25) – (1.27)]; –
задаваемая величина погрешности (модули 5 и 6). Для
вычисления
производятся по аналогии.
17. Если условие (1.31) выполняется, то процесс управления в режиме
off-line (проектирование) завершается. В противном случае выбираются
или
при условии
.
18. Для этих значений поля остаточных напряжений в отожженной
полосе вычисляются регулирующие воздействия (уставки СРП) на
дрессировочном стане, способствующие получению в дрессированной полосе
рассчитанных в п. 4 минимальных остаточных напряжений
(модуль 7).
19. Сравнение рассчитанных уставок СРП с их допустимыми
значениями.
Если рассчитанные значения не выходят за пределы допустимых
диапазонов, то принимается решение о выборе данных значений и
выставляются соответствующие уставки. В противном случае варьируется
среднее удельное натяжение на выходе дрессировочного стана до тех пор, пока
рассчитанные значения СРП по абсолютной величине не будут превышать
допустимые (модуль 7). Если же и в этом случае отсутствует решение, то
изменяются рассчитанные значения станочных профилировок валков
дрессировочного стана (модуль 3) до получения нужного результата.
На этом процесс управления плоскостностью проката в режиме off-line
(проектирования) завершается.
На этом уровне вычислительный процесс протекает против движения
полосы по технологической цепи производства от предполагаемых результатов
(заданные характеристики плоскостности продукции) к исходным данным
39
( , )
хол
yx
, AT
, AT
(рассчитанные значения характеристик плоскостности холоднокатаной
полосы). При этом учитывается ресурс каждого агрегата, на котором может
изменяться плоскостность полосы.
Управление в режиме off-line включает прогнозирование и выбор
промежуточной плоскостности полосы на входе и выходе каждого агрегата,
участвующего в технологическом процессе (функции отклика), режимов
обработки и управляющих воздействий на каждом агрегате (независимые
переменные). Процесс управления использует только задаваемые данные и
информацию, получаемую в результате вычислений. Технологический процесс
и процесс формирования плоскостности продукции как бы «проигрываются» прогнозируются с помощью математических моделей и после анализа
результатов вычислений принимается решение о выборе режимов обработки
металла и соответствующих управляющих воздействий на каждом агрегате.
При этом учитывается качество продукции в целом.
В отличие от управления в режиме off-line оперативное управление в
режиме реального времени (on-line) в темпе с технологическим процессом
предполагает максимальное использование данных измерений характеристик
неплоскостности, технологических величин и управляющих воздействий
непосредственно во время прохождения полосы по линии производства.
Алгоритм управления плоскостностью проката в режиме on-line:
1. Измерение характеристик неплоскостности холоднокатаной полосы:
– с помощью измерителя неплоскостности (в частности,
стрессометра);
– с помощью ручного измерителя (линейка, штангенциркуль и пр.)
после прокатки.
В случае отсутствия на стане измерителя, поле остаточных напряжений
можно вычислить по измерениям
[4, рис. 2.4, с. 50].
с помощью формулы (4.14) по методике
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]