精軋機板型系統(tǒng)控制研究

攀 鋼 技 術(shù) 25 精軋機板型系統(tǒng)控制研究 付尚江 （ 攀鋼 集團(tuán) 西昌鋼釩 有限公司 熱軋 廠 ） 摘 要： 針對 機在西昌鋼釩熱軋廠實際控制中存在的優(yōu)缺點， 以及 西馬克 型在 薄規(guī)格軋制中設(shè)定規(guī)程變化大和精軋入口凸度不穩(wěn)定使得 浪造成廢鋼的實際問題， 通過對模型的熱凸度，平直度，薄規(guī)格的竄輥設(shè)定，自學(xué)習(xí)系數(shù)等的優(yōu)化，解決了 浪的問題，確保了薄規(guī)格帶鋼的順利軋制 ，從而減少 因板型不良引起的廢鋼量 ， 提高了熱軋廠的成材率和產(chǎn)量 。 關(guān)鍵詞： 機；板型控制； 平直度；凸度 0 引 言 熱軋 1.8 其以下 規(guī)格 帶鋼 的批量生產(chǎn)，具 有較大的難度， 軋成 成功率 較 低 。 除了具有天然優(yōu)勢的熱軋 機外（設(shè)計到 0.8 在國內(nèi)的常規(guī)熱連軋機組上，雖然設(shè)計都是到 1.2 除了象征性的供 貨及 試 驗 外，很少 有 1.6 由于市場競爭的需要，西昌鋼釩熱軋必須要具備 批量生產(chǎn) 2.0 下的規(guī)格帶鋼 ， 特別是 .8 鋼的生產(chǎn) 能力 。 西昌 鋼釩 熱軋精軋機組采用的是德國西馬克公司設(shè)計的 機，該軋機在板型系統(tǒng)的控制上具有良好的調(diào)節(jié)能力。 其板形控制模型采用的是西馬克的 型，在調(diào)試期間由于生產(chǎn)的局限性對薄 規(guī)格尤其是極薄規(guī)格軋制量較少，模型的很多控制參數(shù)需要不斷優(yōu)化和作適當(dāng)?shù)男薷?。因此，通過本課題的研究，解決了模型設(shè)定規(guī)程變化大 和薄規(guī)格軋制中帶鋼在精軋機 中浪的問題，確保的生產(chǎn)的順行。 1 機控制原理 意為連續(xù)可變凸度。 該軋機是德國西馬克公司于 20 世紀(jì)80 年代初開發(fā)的，第一臺軋機于 1982 年投入運轉(zhuǎn)。由于其獨特的控制板截面形狀和控制板型特性， 自研究成功以來，在板帶鋼與鋁板帶軋制中獲得了廣泛的應(yīng)用。 機輥型為全波正弦曲線，近似瓶形 ，上下輥相同，裝成一正一反，互為 180 度，構(gòu)成 S 形輥縫。通過軸向反向移動上下軋輥，就可以實現(xiàn)軋輥凸度連續(xù)變化與軋制。 當(dāng)軋輥未竄動時，輥縫略呈 S 形，軋輥工作凸度等于零，即為平輥型或中性凸度； 當(dāng)上輥向右下輥向左 移動等距離時，則形成凹輥縫，此時中間輥 縫變小，軋輥工作凸度大于零，稱為正凸度控制；反之，如果上輥向左下輥向右 移動等距離，則形成輥凸度為負(fù)的軋輥，軋輥工作輥凸度小于零，稱為負(fù)凸度控制。由此可見，調(diào)節(jié) 輥的移動方向和距離，就可以調(diào)節(jié)原始 輥凸度的正負(fù)與大小，相當(dāng)于一對軋輥具有可變的原始輥凸度 1。 機示意見圖 1。 圖 1 機 示意 機的優(yōu)點 機自開發(fā)成功以來，獲得了迅速的推廣，因為它具有一系列的優(yōu)點，其主要的優(yōu)點如下： 1） 不僅輥凸度可調(diào)的范圍大，而且能連續(xù)調(diào)節(jié)，再加上液壓彎輥系統(tǒng)，因而顯著擴大了板型控制范圍。 2）僅一對磨好的軋輥就能滿足多種軋制系統(tǒng)的需要，可大大提高軋機的使用能力；可軋制多種不同的合金 鋼 ，產(chǎn)品的寬度與厚度顯著擴大。 3）軋輥工作時間顯著延長，可大大減少換輥次數(shù)。 （ a） 負(fù)凸度控制 （ b） 中和凸度控制 （ c） 正凸度控制 26 2014 年第 37 卷第 6 期 4）軋制力下降，軋輥磨損減輕，道次壓下量大，帶鋼的表面質(zhì)量提高，帶鋼更加平直。 機的缺點 1） 機的橫移主要用于滿足帶鋼軋制過程中各機架的凸度設(shè)定要求，并不能消除軋輥磨損不均。因此，在軋輥邊部出現(xiàn)磨損加劇的現(xiàn)象，當(dāng)磨損加劇區(qū)移到帶鋼中部時，會使帶鋼橫斷面出現(xiàn)局部高點，影響帶鋼表面質(zhì)量及一個換輥周期內(nèi)的總軋制長度和同寬軋制長度，這是 機不能夠?qū)嵤┳杂沙绦蜍堉频闹饕颉?2） 輥形狀復(fù)雜，特殊，磨削要求精度高， 工作輥在線研磨技術(shù)實施比較困難，也限制了其在自由程序軋制中的應(yīng)用。 3） 機上下工作輥由于熱凸度差異和磨損差異，造成帶鋼出現(xiàn)楔形，也容易出現(xiàn) 跑偏。 2 型 型，就是板型控制模型， 熱軋廠板型控制模型全套引進(jìn)于德國西馬克公司 。 義及目標(biāo) 義 ： 鋼或中間坯的板凸度（ 鋼或中間坯沿寬度方向的厚度分布； 直度。 標(biāo)：在保證平直度的前提下獲得期望的板凸度，并且保持帶鋼全長方向上板凸度的恒定。 制策略 采用 術(shù)，通過 S 型工作輥的 軸向竄動和液壓彎輥，實現(xiàn)連續(xù)的板凸度預(yù)設(shè)定；在帶鋼軋制過程中，通過改變工作輥彎輥力動態(tài)補償由軋制力波動，熱凸度變化和軋輥磨損導(dǎo)致的凸度波動，實現(xiàn)對凸度的動態(tài)控制；上游機架主要控制板凸度，下游機架主要控制平直度 ，通過上游機架較大的板凸度改變，實現(xiàn)下游機架的相對板凸度的恒定，從而保證帶鋼的目標(biāo)板凸度和平直度 。 為了進(jìn)一步保證帶鋼的平直度，還常在末機架用精軋出口板凸度和平直度實測值反饋到相關(guān)的平直度控制機構(gòu)形成閉環(huán)控制。 3 板型控制 板型就 是 指板材的翹曲程度，實質(zhì)就是板帶材內(nèi)部殘余應(yīng)力的分布。只要板帶材內(nèi)部存在殘 余的內(nèi)應(yīng)力， 就稱為板型不良。如果這個應(yīng)力雖然存在，但是不足以引起板帶材翹曲，則稱為 “潛在 ”的板型不良；如果這個應(yīng)力足夠大，以至于引起板帶材翹曲，則稱為 “表現(xiàn) ”的板型不良。 響板型的因素 影響板型的因素有以下幾點 2： 1） 軋制力變化對板型的影響 軋制力是影響帶鋼凸度的主要因素之一。軋制力受很多因素的影響，如變形抗力，來料厚度，摩擦系數(shù)等。它是軋制過程中一個非?；钴S的因素。不管支撐輥的直徑有多大， 軋制力增大總會增加支撐輥的撓曲，因為軋制力和撓曲之間具有線性關(guān)系，故帶鋼凸度也就與軋制力成正比，從而導(dǎo) 致更大的帶鋼凸度，使板型不良。 2） 熱凸度對板型的影響 在軋制過程中， 帶鋼 在軋輥滑動產(chǎn)生的熱量和帶鋼 變形所釋放的 熱量有一部分 傳入軋輥，使軋輥溫度升高，這就是軋制過程中軋輥的熱輸入。同時冷卻水和空氣又從軋輥中帶走熱量，使其溫度降低，這就是軋輥的熱輸出。 在開軋后的一段時間內(nèi)，軋輥的熱輸入大于熱輸出，軋輥溫度逐漸升高，熱凸度也隨之不斷增大。在與某一特定規(guī)程軋制若干卷后，軋輥的熱輸入和熱輸出相等，處于平衡狀態(tài)，軋輥的熱凸度也保持一個恒定的值。軋輥熱膨脹對帶鋼凸度的影響，對不同的軋制周期會有不同的結(jié)果。 熱膨脹是凸度產(chǎn) 生較大變化的主要原因。 3） 初始軋輥凸度對板型的影響 工作 輥的初始輥型在軋制的初始階段影響帶鋼中心凸度的大小， 隨后其影響就很小了。工作輥凸度能有效改善空載輥縫形狀，也能改變工作輥和支撐輥之間的接觸情況，從而可改變帶鋼的凸度，影響到板型質(zhì)量。 4） 張力對板型的影響 一是張力改變對軋輥熱凸度 產(chǎn) 生影響，特別是后張力影響更大，因而調(diào)整張力是調(diào)整控制板型的手段之一。 二是張力對軋制壓力 產(chǎn) 生影響。根據(jù)軋制理論，由于張力變化，特別是后張力變化， 對軋制壓力 有 很大影響，而軋制壓力變化必然導(dǎo)致軋輥彈性變形發(fā)生變化，所以必然對板 型產(chǎn)生影響。 5） 軋輥磨損對板型的影響 軋輥磨損嚴(yán)重地影響著帶鋼邊 部的凸度和邊部減薄， 軋輥的局部磨損偏差使得帶鋼的板型凹凸攀 鋼 技 術(shù) 27 不平。當(dāng)偏差值超過一定值時，帶鋼就會起脊。軋輥磨損對板型的影響因軋輥類型不同而不同，也取決于軋機數(shù)量。 型軋制薄規(guī)格存在的問題 型設(shè)定規(guī)程變化大 以前軋制薄規(guī)格時，如果換鋼種或換寬度規(guī)格，相鄰兩塊鋼的模型設(shè)定參數(shù) 輥量）變化量達(dá)到 100 右。由于軋輥磨損和熱膨脹的不均勻性，如果竄輥量改變過大，帶鋼就會在軋輥磨損輪廓邊緣或軋輥冷熱交界區(qū)域軋 制，帶鋼在這種不規(guī)則輥縫內(nèi)軋制極易導(dǎo)致帶鋼板形發(fā)生劇烈變化，輕則產(chǎn)生嚴(yán)重浪形，重則導(dǎo)致軋廢。 板形模型在對換鋼種、目標(biāo)凸度改變時設(shè)定規(guī)程變化太大， 由 廢鋼數(shù)據(jù)可知：（ 235B 鋼種，規(guī)格 1.8 250 標(biāo)凸度40 形設(shè)定彎輥力為負(fù)值，軋制狀態(tài)穩(wěn)定； )鋼種，規(guī)格1.8 250 標(biāo)凸度 20 形設(shè)定彎輥力為正值，且 輥力達(dá)上極限），導(dǎo)致 出后板凸度太小，有中浪 。在 跑偏嚴(yán)重， 導(dǎo)致在 口軋爛。 軋入口板凸度變化大 型在計算精軋入口板凸度時，用出口的實際板凸度和設(shè)定板凸度偏差系數(shù)參與入口板凸度的修正。采用這種方法的結(jié)果是，如果出口板凸度和設(shè)定值存在較大偏差，必然影響到入口板凸度的計算，但實際的入口板凸度不會因為幾塊鋼的軋制就發(fā)生較大變化，這導(dǎo)致模型計算的入口板凸度和實際板凸度存在較大的差異，模型按照一個錯誤的入口板凸度進(jìn)行精軋機架板凸度分布，必然影響帶鋼在軋機內(nèi)的軋制狀態(tài)。 取的主要措施 針對西馬克的模型存在的問題，采取了以 下措施保證薄規(guī)格的順利軋制。 輥熱凸度計算模型優(yōu)化 在精軋機內(nèi)為了精確控制帶鋼的板 型 ，模型首先必須準(zhǔn)確預(yù)報出帶鋼軋制前和軋制中的軋輥輥縫形狀，而影響軋輥輥縫形狀的一個重要因素就是軋輥熱凸度。 軋輥熱凸度指軋輥和帶鋼接觸后，軋輥受熱發(fā)生熱膨脹后產(chǎn)生的輥凸度。影響模型對軋輥熱凸度計算精度主要是軋輥冷卻水和軋輥熱傳導(dǎo)系數(shù)，優(yōu)化模型的軋輥熱凸度計算精度從以上兩個因素進(jìn)行。 對精軋機架軋輥溫度進(jìn)行測量。在每次換精軋工作輥時，軋機停軋后 3 將軋機內(nèi)的所有冷卻水關(guān)閉，在第一時間將軋輥從軋機內(nèi)抽出 ，待軋輥抽出 20 ，開始對軋輥輥溫進(jìn)行測量。通過近 20 次的輥溫測量，每個機架的實際輥溫測量值和模型預(yù)報值如表 1 所示。 表 1 軋輥溫度測量值和計算值對比 機架 實測輥溫 / 計算輥溫 / 偏差 / 2 3 4 5 6 7 過對軋輥溫度實測值和計算值的偏差進(jìn)行分析，對模型中的軋輥熱傳導(dǎo)系數(shù)按表 2 的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化 。 表 2 優(yōu)化前后的軋輥熱傳導(dǎo)系數(shù) 機架 優(yōu)化前 的系數(shù) 優(yōu)化后 的系數(shù) 4 000 15 000 0 575 14 500 0 660 17 500 1 100 14 500 1 500 17 000 1 100 15 000 0 000 15 000 對水溫設(shè)置偏差補償參數(shù)。在 板型 模型中會采用實際的軋輥冷卻水溫度參與軋輥熱凸度的計算，該溫度值是基 礎(chǔ)自動化系統(tǒng)通過安裝在軋輥冷卻水管路上的測溫儀表實際測量得出。但是由于安裝測溫儀表的位置在軋機下的一個密閉空間內(nèi)，該處不透風(fēng)導(dǎo)致散熱慢，儀表測量出的水溫值較實際的冷卻水溫度值高 6 。為了確保模型采用的冷卻水溫度值的一致性，在模型配置文件中增加對冷卻水的修整參數(shù)，補償實際水溫和測量水溫的偏差 。 度和平直度計算的優(yōu)化 由于每個機架的相對凸度不一致會導(dǎo)致前面機架出現(xiàn)中浪。在以前的軋制過程中 常有中浪產(chǎn)生，導(dǎo)致軋機內(nèi)帶鋼跑偏，最終 造成 廢鋼。 28 2014 年第 37 卷第 6 期 如果 口測量的凸度值比模型計算值高，自學(xué)習(xí) 系數(shù) 會不 斷修正計算值，以便計算出更高的凸度。為了保持整個軋制過程中平直度良好。 對凸度）應(yīng)該分配到前面的機架。但是如果某個機架本身的計算有誤差（如工作輥熱凸度計算誤差大），使用本原理，會導(dǎo)致前面機架的 相對凸度修正值太大。由于太高的熱凸度計算會導(dǎo)致很高的自學(xué)習(xí)值， 繼而導(dǎo)致前面機架的修正值很大。為了達(dá)到目標(biāo)凸度，前面機架對竄輥和彎輥的設(shè)置也非常高，這樣會導(dǎo)致前面機架凸度很低，從而產(chǎn)生中浪。 該狀況在對軋輥模型和凸度計算優(yōu)化后得到了很大的改善，自學(xué)習(xí)值降低了很多。但是由于機架本身的狀態(tài)問題，仍 然存在一些誤差，所以對分配到前面機架的凸度修正相對值從 1 降到 在相應(yīng)的文件 程序 里對其進(jìn)行了修改。 化薄規(guī)格軋制的竄輥設(shè)定 西昌 鋼釩 熱軋廠的軋輥工作長度為 2 050 是根據(jù)軋制負(fù)荷和板 型 控制水平，軋制 1.8 鋼寬度一般在 1 250 下。每次換工作輥后用 1 500 度的帶鋼進(jìn)行燙輥軋制，按照寬度、厚度遞減的原則進(jìn)行軋制計劃編排，在軋制 1.8 格一般在整個軋制計劃的 35塊帶鋼以后，軋輥在經(jīng)過 35 塊左右的帶鋼軋制，在帶鋼經(jīng)常接觸的位置已經(jīng)磨損成一定幅 度的箱形孔形狀，如圖 2 所示的軋輥輥縫形狀。如果在軋制 1.8 以下的帶鋼時，軋輥竄輥變化過大，使帶鋼處于不規(guī)則輥縫內(nèi)軋制，導(dǎo)致軋制不穩(wěn)定和板 型 質(zhì)量差。 圖 2 軋輥磨損后的輥縫形狀 因此 對模型設(shè)定竄輥變化的計算策略進(jìn)行優(yōu)化。在原有模型中相鄰兩塊帶鋼的最大允許竄輥變化量是 150 過實踐證明在軋制極薄規(guī)格時，如果相鄰兩塊鋼的竄輥量變化大于 50 了確保在軋制極薄規(guī)格時，相鄰兩塊帶鋼狀態(tài)的 穩(wěn)定 性，將相鄰兩塊鋼的竄輥變化量限定為最大 10 此，在模型表中新增竄輥設(shè)定參數(shù)，并按照帶鋼的厚度規(guī)格進(jìn)行層別劃分，當(dāng)帶鋼厚度大于等于 鋼厚度小于 用相鄰兩塊鋼最大允許竄輥為 10 通過對極薄規(guī)格軋制時相鄰兩塊帶鋼竄輥變化參數(shù)的優(yōu)化，實現(xiàn)極薄規(guī)格帶鋼在圖 3示意 的 輥縫區(qū)域內(nèi)軋制，成功避免因為竄輥量變化大導(dǎo)致帶鋼在軋機內(nèi)軋廢或帶鋼 板型 變差。 圖 3 優(yōu)化后 極薄規(guī)格帶鋼在輥縫內(nèi)的位置示意 自學(xué)習(xí)系數(shù)進(jìn)行清零 對模型程序進(jìn)行修改和優(yōu)化后，為了避免由于舊有的錯誤的自學(xué)習(xí)值進(jìn)行學(xué)習(xí)而導(dǎo)致糟糕的狀態(tài)發(fā)生 ，將以前模型文件較高的自學(xué)習(xí)值清零。為了使長期自學(xué)習(xí)值恢復(fù)更快，在調(diào)整過程中將計數(shù)從 30 降到 8，調(diào)整完成后又恢復(fù)到 30。 化入口板凸度計算 入口板凸度是整個 板型 模型進(jìn)行精軋機架板凸度分布計算 的 原始依據(jù)，入口板凸度的準(zhǔn)確性直接影響到模型對各個機架 板型 設(shè)定參數(shù)的合理性。 入口板凸度即中間坯的板凸度，計算入口板凸度的主要依據(jù)是粗軋工作輥 的 磨損和熱凸度。為了實現(xiàn)模型對粗軋工作輥的磨損和熱凸度計算準(zhǔn)確性，對每次換下的粗軋工作輥輥溫和實際磨損進(jìn)行測量，通過對實際測量值和模型預(yù)報進(jìn)行偏差對比，通過偏差值對模 型中的磨損計算參數(shù)和熱凸度計算參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。 同時對每次換輥周期的前期和后期所軋制的中間坯實際板凸度進(jìn)行測量，用實際測量的板凸度和模型計算的板凸度進(jìn)行對比，通過對比值修正入口板凸度修正系數(shù)。 為了防止精軋出口板凸度的控制偏差影響入口板凸度的計算，將原有模型中用出口板凸度偏差攀 鋼 技 術(shù) 29 系數(shù)修正入口板凸度計算的功能取消，確保入口板凸度計算 的 獨立性和準(zhǔn)確性。 通過上述措施，薄規(guī)格的板型控制得到了很大的提高 。 提 升 了熱軋的一次成材率。 4 結(jié) 語 1）填補了攀鋼無 型控制經(jīng)驗的空白，形成成熟板型控制工藝，為汽車板等高板型要 求鋼材品種生產(chǎn)打下良好的工藝基礎(chǔ)。 2）對薄規(guī)格軋制時頭部浪形嚴(yán)重情況得到了一定的改善，通過對模型的優(yōu)化，現(xiàn)在軋制薄規(guī)格頭部浪形長度得到控制，提高了成材率。 3） 熱軋板型的控制是一項很復(fù)雜的過程，影響因素很多。通過本項目的研究，對磨損，熱膨脹，輥原理，竄輥行程，彎輥力的設(shè)定等有了一定的理論基礎(chǔ)和現(xiàn)場實際經(jīng)驗。優(yōu)化了西 馬克制模型。滿足了多鋼種，多規(guī)格的板型控制要求。提高了熱軋廠產(chǎn)品 質(zhì)量 ， 得到 了用戶對西昌 鋼釩熱軋產(chǎn)品的認(rèn)可。參考文獻(xiàn) 1 連家創(chuàng)，劉宏民 北京 :兵器工業(yè)出 版社， 1997. 2 劉戰(zhàn)英 北京 :冶金工業(yè)出版社， 1996. 編輯 姜敏 收稿日期： 2014 邢鋼三項科技成果通過河北省科技成果鑒定 2014 年 10 月 , 由邢鋼自主開發(fā)的“高淬