Study of thickness control of strip head section using mathematical simulation methods

Abstract

The authors participated in the modernization of the automatic strip thickness control system of OJSC “Magnitogorsk Iron and Steel Works” 2000 hot rolling mill (OJSC “MMK”). The article offers a brief description of the implemented automatic strip thickness control system developed on the basis of hydraulic screwdown mechanisms. Industrial trials found significant thickness deviation of up to 10% in the strip head section. As a result the length of strip head section with thickness deviation can achieve 40–50 m after the last finishing rolling stand of the mill. The authors offer a new way of strip head thickness control by means of roll gap increase before the strip grip and its further decrease to the required gauge by hydraulic screwdown adjustment during rolling. They also studied the algorithm of roll gap control and factors influencing its adjustment. The research group developed mathematical model of the electromechanical system “stand electric drive – hydraulic screwdown mechanism” taking into account the interrelation of their drives through the rolled metal. The mathematical model of the stand electric drive is developed in the system of two-region speed control. The hydraulic screwdown mechanism can be described by linearized differential equations of fluid flow rate, servo valve for small coordinate increment and forces relationship in the rolling stand. The model consists of a system of differential equations describing the rolled strip as a control object and mathematical description of automatic screwdown mechanism control. The validity of the developed mathematical model was also proved. The authors studied dynamic modes for various parameters of roll gap control and determined the optimum control parameters providing the minimum thickness deviation of the strip head section. The results of the first strips rolling proved that the developed method is quite effective and can be recommended for advanced automatic strip thickness control. Выполнена модернизация системы автоматического регулирования толщины (САРТ) стана 2000 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК»). Дано краткое описание внедренной САРТ, выполненной на базе гидравлических нажимных устройств (НУ). Проведенные экспериментальные исследования выявили недопустимые отклонения толщины на головном участке полосы, достигающие 10 % в сторону уменьшения. Это приводит к возникновению разнотолщинного головного участка полосы длиной 40–50 м на выходе стана. Предложен способ коррекции толщины головного участка, осуществляемый за счет разведения валков клетей перед захватом полосы и последующего их сведения до заданного положения за счет перемещения гидравлических НУ во время прокатки. Рассмотрен алгоритм изменения межвалкового зазора. Обоснована необходимость оптимальной настройки времени удержания максимального разведения валков и времени уменьшения коррекции до нуля. Разработана математическая модель системы «электропривод клети – гидравлический привод нажимных устройств» с учетом взаимосвязи названных приводов через прокатываемый металл. Математическая модель электропривода клети построена в системе двухзонного регулирования скорости. Гидравлические НУ описываются линеаризованными дифференциальными уравнениями расхода жидкости, сервоклапана для малых приращений координат и соотношения усилий в прокатной клети. Модель включает систему дифференциальных уравнений, описывающих прокатываемую полосу как объект управления, а также математическое описание системы автоматического регулирования положения НУ. Дано подтверждение адекватности разработанной модели исследуемому объекту. Выполнено исследование динамических режимов при изменениях параметров коррекции межвалкового зазора. Определены оптимальные параметры коррекции, при которых обеспечивается наименьшее отклонение толщины головного участка. Прокатка на стане первых партий полос подтвердила эффективность разработанного способа компенсации разнотолщинности головного участка.