自动化助推太钢绿色发展-2

,苏州有色金属研究院有限公司王仁忠,有色金属板带轧制过程控制技术,一有色金属板带轧制控制特点二有色金属板带轧制过程控制技术介绍三有色金属板带轧制过程控制技术应用,交流内容,有色金属板带轧制过程控制技术交流,一、有色金属板带轧制控制特点,有色金属板带生产特点：产量低、节奏慢、品种多、工艺要求高。,1.1有色金属板带生产流程,单机架单卷取热轧机,单机架双卷取热轧机,双机架双卷取（1+1）热轧机,产能80,000/100,000t/y最小厚度=7mm缺点：无法生产制罐料，铸锭小，终轧温度低，板型差；优点：投资低,产能150,000/180,000t/y最小厚度=3.5mm缺点：无法生产制罐料，表面质量和板型较难控制优点：生产范围广，投资较低,产能250,000/280,000t/y最小厚度=2.5mm缺点：无法稳定生产制罐料，表面质量比单机架优，板型好，不易升级为热连轧；优点：可生产硬合金，产量较大，投资中,1+4热轧机,产能400,000/500,000t/y最小厚度=2.5mm能很稳定生产制罐料，板型好，表面质量高，辅助时间短，产能大，成品率高但投资大，整机自动化控制要求高,弯辊+TP辊/CVC,厚度+板形,UCM/CVC,主要用于轧制中等宽度带材、板型控制能力差。,主要用于轧制宽幅带材、压下大、板型控制能力强，利于硬合金生产。,1.2有色金属热轧/冷轧机主要机型,1.2.1有色金属铝热轧机产能对比,道次轧制开始初始温度及厚度测量,重剪剪切料头料尾温度测量,板坯轧制结束,冷却喷淋,温度,温度测量,1.2.2有色金属板带热轧生产过程,1.3.1有色金属板带轧机-铝铸轧,1.3.2有色金属板带轧机-铜热轧、冷轧,1.3.3有色金属板带轧机-铝热轧,1.3.4有色金属板带轧机-铝冷轧,1.3.5有色金属板带轧机-铝箔轧,1.4有色金属板带产品工艺质量要求,产品厚度偏差的保证措施,为保证产品厚度公差控制精度，机组配备二级预设定系统、液压AGC系统，可实现位置闭环、压力、监控闭环轧制；（冷轧）具有速度AGC、张力AGC以及多级AGC等多种厚度控制手段。,1.4.1有色金属板带质量保证措施-厚度,产品温度偏差的保证措施,为保证产品温度公差，机组依靠二级预设定系统的规程编排、机架间冷却、调速控温、出口集中冷却（冷轧）等多种温度控制手段。,1.4.2有色金属板带质量保证措施-温度,产品板形精度的保证措施,为保证产品板形良好，机组采用正、负液压弯辊、轧辊倾斜、工作辊分段冷却（热轧、冷轧）、二肋冷喷调控手段，以及二级预设定系统、轧制力前馈、凸度及板形反馈控制技术。热连轧采用TP辊、CVC，冷轧采用六辊UCM或六辊CVC辊型技术；边部热喷淋技术，有效控制带材边部张紧现象（冷轧）。,1.4.3有色金属板带质量保证措施-凸度、板形,产品表面质量的保证措施,机组配备高质量锻钢工作辊、支承辊，轧辊硬度均匀性高，工作辊辊面硬度HS95-100；工作辊入口、出口侧的清辊器，支承辊清辊器（冷轧）；机组配置独特的板面防溅系统和板面吹扫系统（冷轧），轧辊辊颈处增设挡油板。,1.4.4有色金属板带质量保证措施-表面质量,二、有色金属板带过程控制技术介绍,2.1、有色金属板带过程控制系统发展及作用,2.1.1有色金属板带过程控制系统发展状况,有色金属板带旧生产线多、生产节奏慢、检测仪表少、信息化程度低重视程度不够（热轧）,新建生产线多产品竞争激烈生产稳定性要求,2010年前后,热连轧、冷轧,热轧、热连轧、冷轧,热连轧、冷连轧,1.国外进口,3.国内,2.进口,2.1.2有色金属板带生产主要检测仪表,现场问题一：由于操作水平及经验的差别而引起生产过程的不稳定及产品质量的不稳定。,现场问题二：对带材特性及轧制参数的粗略认识，而引起的产品成品率降低，且影响下游工序的产品质量。,过程控制系统通过合理规范的轧制规程、精确的轧制参数、完善的生产数据报表方面减少或解决上述问题，提高企业生产效率、稳定性及产品质量。,现场问题三：轧制工艺过程数据的缺失及无法追溯，不利于质量分析、工艺的优化及生产管理的改进。,2.1.3有色金属板带过程控制系统的作用,第23页,持续稳定的高精度轧制生产,轧制计划操作过程及工艺规程的标准化管理，来保证轧制过程的稳定性，提高生产效率；轧制参数的精确预设定，减少轧制的动态过程，提高带材头部板形板厚精度及成材率；轧制规程优化及轧制参数自学习，发挥设备能力，形成优化成熟的工艺规程库；过程数据采集，为工艺优化、操作优化、产品质量分析和追溯提供数据基础；即时、准确地进行生产统计和形成生产报表，便于管理者对生产过程有效监控；,轧制参数的高精度预报，保证板形板厚精度,规程的规范化、合理化，保证轧制工艺的稳定,提高实测信息利用率，以及生产管理效率,轧制规程自动生成及优化,轧制参数预设定计算/自学习,过程数据采集生产报表生成,操作过程规范化稳定化,上卷前选择卷号，“一键式”操作，规范操作行为,2.1.4有色金属板带过程控制系统的任务,2.1.5有色金属过程控制系统主要功能模块,2.2、有色金属板带过程控制系统功能结构,2.2.1有色金属板带热轧过程控制系统设定流程,按L2规程及参数进行轧制,轧制过程信息L2采集处理,铝卷查询,规程生成,自适应设定,数据采集,自适应自学习,卷号选择确认,工艺计划维护,生产报表,系统操作及运行流程示意图,主操人员，选择卷号，点击确认，一键式操作,计划工艺人员，网内计算机Web访问，对生产计划及工艺进行维护,生产报表查看,工艺管理人员，网内计算机Web访问，对生产计划及工艺进行维护,2.2.2有色金属板带冷轧过程控制系统设定流程,2.2.3有色金属板带过程控制系统软件平台,2.2.4铝、铜热轧、冷轧主要控制模型技术,负荷分配模型粗轧宽度控制模型温度控制模型轧制力模型辊缝模型,热粗轧阶段主要控制模型：,热精轧阶段主要控制模型：负荷分配模型温度控制相关模型轧制力、轧制力矩、前后滑模型、摩擦系数模型辊缝模型凸度控制模型（热胀、凸度）层流冷却模型（铜热轧淬火）,冷轧主要控制模型：负荷分配模型轧制力、辊缝、轧制力矩、前后滑、摩擦系数模型张力、速度模型板形模型（热胀、抽辊、板形）,（1）热轧主要设备设定计算-轧机水平辊辊缝设定计算-立辊辊缝设定计算（液压形式）-弯辊设定计算-卷取设定计算-轧制速度设定计算-张力设定计算-剪切设定计算（重剪，轻剪）-冷却喷淋设定计算（带材，轧辊）-清刷辊设定计算,2.2.5热轧过程控制系统主要控制设备及设定,2.2.6热轧过程控制系统主要控制设备及设定,（2）主要增益及影响系数计算-AGC厚度控制（热胀值、测厚仪系数、塑性、弹性系数等）-ASPC凸度控制（弯辊、轧制力、辊形等影响系数）-FDTC温度控制（速度影响系数）-其它仪表补偿系数（测温仪、凸度仪等）,二级系统的应用促进一级系统的进步，共同提高轧制自动化水平及生产质量。,2.3、有色金属板带轧制的主要模型,热轧轧制负荷分配策略模型：,以经验厚度区间约束条件的负荷分配模型以板形良好为约束条件的负荷分配模型以轧制力分配比为约束条件的的负荷分配模型以总轧制功率最小为约束条件的负荷分配模型(规程优化)以负荷均衡为约束条件的负荷分配模型(规程优化)以多目标为约束条件的负荷分配模型(规程优化),以经验厚度区间为约束条件的负荷分配模型以轧制力分配比为约束条件的的负荷分配模型以板形良好为约束条件的负荷分配模型,冷轧轧制负荷分配策略模型：,不同轧制道次或轧制阶段负荷分配策略模型也不尽相同。,2.3.1铝铜板带热轧、冷轧负荷分配技术,轧制目标：终轧厚度、凸度、温度、宽度、冷轧板形，实现规程的自动分配。,热轧轧制力模型：,2.4.1过程控制系统模型-轧制力模型介绍,冷轧轧制力模型：,Bland-Ford-Hill公式,粗轧阶段：,精轧阶段：,SIMS公式,变形抗力：由于化学成分因材料类型的不同而不同，不能像碳钢那样，以含碳量作为参数进行数学处理，方程的参数设置是基于已执行了每种材料类型的测量数据的基础上。,考虑张力影响,温度模型是核心，直接影响轧制压力的预报精度与材料性能的控制考虑轧件变形热、润滑冷却、轧件辐射与对流换热、轧件辊道散热等因素温度模型采用经典模型公式与补偿系数ZA，通过入口、出口实测提高预报精度增加新合金轧制的预留空间,2.3.2过程控制系统模型-带材温度模型介绍,温度的预报不局限在热轧，根据合金工艺要求，某些冷轧坯料由于控温需要，也需进行温度预报。,热轧温度模型：粗轧、精轧、辊道温降冷轧温度模型：冷轧出口温度预报,SSET=SZ+So+SB+SWRC-SRW+SRH+ZBS+SZSET,SSET:辊缝设定值mmSZ:零调时的辊缝值mmSmo:零调时的轧机弹跳mmSo:辊缝实测值mmh:出口厚度mmSm:轧制时的轧机弹跳mmSB:工作辊弯辊力补偿量mmZBS:带材之间的学习修正量mmSWRC:工作辊原始辊形补偿量mmSRW:工作辊磨损补偿量mm(铝中很少考虑)SRH:工作辊热膨胀补偿量mmSZSET:零调时辊缝指示值mm,2.3.3过程控制系统模型-辊缝模型介绍,2.3.4过程控制系统模型-工作辊热胀模型,实现从一维差分向二维差分转换，求出径向及轴向温度与热胀分布。,板形基本模型：轧辊弹性形变模型载荷分布模型轧辊磨损模型(铝轧制中影响不明显)轧辊热膨胀模型,板形的控制模型：预设定控制策略模型板形动态控制及自适应学习,受力分析,影响板形和板凸度的因素,2.3.5过程控制系统模型-板形控制介绍,相对于钢，铝带热轧机上比例凸度相等时却出现中间波浪。,考虑具有遗传效应影响的因素（块与块自学习）考虑具有材料特性影响的因素（同种坯料自学习）考虑道次间影响的因素（道次自学习）,学习系数采用指数平滑法、学习速率随学习次数变化、模型学习分乘法与加法。,2.3.6热轧过程控制系统模型-自学习介绍,自学习策略模型：（提高轧制控制参数的精度）,三、有色金属板带过程控制系统应用,3.1有色金属板带过程控制系统应用业绩,中色科技股份公司在国内较早研发并应用了单机架铜、铝热轧及单机架铝冷轧过程控制系统，填补了国内空白。,3.2.1有色金属板带过程控制系统网络构架,第43页,机柜:服务器2；客户机2；,操作台布置：操作显示1-2；,电控室布置：机柜；操作显示3-4；,L2操作界面,服务器显示操作,客户机显示操作,L2机柜,服务器2,客户机2,3.2.2有色金属板带过程控制系统配置,3.3有色金属板带过程控制系统设定界面,3.4有色金属板带过程控制系统中间件平台系统,采用通用的平台技术，可实现模型的快速移植、调试、维护。,中间件平台,3.5有色金属板带过程控制系统-规程示例,3.6有色金属板带-铝热轧质量曲线,过程控制系统的应用提高了带材的头部质量精度与成材率。,系统投入前后控制精度统计分析,投入前,投入后,系统投入前（100个卷道次），带材头部轧制参数的精确性无法保证，控制精度低，同时将增加头部调节过渡时间，影响成材率及生产效率。系统投入后（200个卷道次），由计划工艺标准化管理功能给出轧制规程，由自适应设定计算功能给出轧制参数进行预设定控制，有效提高了头部板形板厚控制精度，保证成材