熱連軋帶鋼自動(dòng)糾偏控制的研究與應(yīng)用

李 偉, 楊立慶，鄧杭州，陳 全

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司第二煉軋廠，河南 安陽(yáng) 455004)

在熱連軋生產(chǎn)過(guò)程中，軋制狀態(tài)的不對(duì)稱跑偏是困擾板帶生產(chǎn)的主要難題之一。特別是在軋制薄規(guī)格拋尾時(shí)，全程需要通過(guò)操作人員對(duì)軋機(jī)輥縫水平調(diào)整保證軋機(jī)的對(duì)稱性控制,不僅控制難度高，也極大地增加了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，嚴(yán)重影響了產(chǎn)線的生產(chǎn)和薄規(guī)格效益品種的開(kāi)發(fā)。本文對(duì)軋制跑偏因素進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種帶鋼自動(dòng)糾偏控制的方法，通過(guò)工業(yè)實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)，有效減少了軋機(jī)甩尾、堆鋼等事故，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

1 研究背景

安鋼1780 mm熱連軋精軋機(jī)組為七架連軋，帶鋼軋制過(guò)程大致可分為穿帶、穩(wěn)定軋制、拋尾三個(gè)階段。軋件頭部在精軋機(jī)內(nèi)完成穿帶后，由于活套張力的強(qiáng)制對(duì)中，帶鋼進(jìn)入穩(wěn)定軋制階段。帶鋼拋尾時(shí)，活套進(jìn)入落套階段，活套高度的大幅變化帶來(lái)活套張力的不穩(wěn)定，各機(jī)架處于失穩(wěn)狀態(tài)，軋件可能出現(xiàn)跑偏，這時(shí)需要操作人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)對(duì)軋件的跑偏方向進(jìn)行判斷，通過(guò)手動(dòng)調(diào)整軋機(jī)輥縫水平來(lái)糾正軋件的跑偏。但是由于軋制速度快、軋件失穩(wěn)程度無(wú)法精細(xì)量化等因素的影響，操作人員的判斷及調(diào)整經(jīng)常出現(xiàn)滯后甚至失誤，造成軋件軋破、甩尾等事故，事故的頻發(fā)同時(shí)也嚴(yán)重降低了生產(chǎn)作業(yè)效率。

2 軋制不穩(wěn)定因素分析

理想軋制時(shí)，軋件的寬度中心線應(yīng)與軋制中心線重合，軋件的幾何尺寸與軋機(jī)應(yīng)力狀態(tài)沿軋制中心線完全對(duì)稱。但是，實(shí)際軋制時(shí)，由于橫向非對(duì)稱的不穩(wěn)定擾動(dòng)很難避免，完全理想的橫向?qū)ΨQ狀態(tài)很難存在或維持。要維持穩(wěn)定軋制過(guò)程，就需要進(jìn)行軋機(jī)和軋件對(duì)稱性的控制。

對(duì)實(shí)際生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)分析，常見(jiàn)軋件橫向非對(duì)稱不穩(wěn)定狀態(tài)有以下四種表現(xiàn)形式：

1)軋機(jī)兩側(cè)的壓下量差:當(dāng)軋機(jī)輥縫水平出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，軋機(jī)兩側(cè)壓下量產(chǎn)生差異，造成兩側(cè)金屬流動(dòng)產(chǎn)生差異，產(chǎn)生延伸不均，從而造成軋件跑偏。

2)軋件楔形:軋件厚度橫向不對(duì)稱，產(chǎn)生橫向厚差形成楔形截面。實(shí)際連軋生產(chǎn)過(guò)程中，軋制參數(shù)相對(duì)軋制中心線橫向不對(duì)稱，就會(huì)造成軋件中心線偏離軋制中心線，其外在表現(xiàn)形式是軋件跑偏。

3)軋件相對(duì)于軋制中心線偏置:軋制變形區(qū)內(nèi)，軋件寬度中心偏離軋制系統(tǒng)中心，產(chǎn)生偏心距離。偏心的存在會(huì)破壞軋機(jī)受力變形的橫向?qū)ΨQ性、有載輥縫的橫向?qū)ΨQ性，并使軋輥磨損、軸承間隙等失去橫向?qū)ΨQ性。

4)軋機(jī)的兩側(cè)剛度差:由于軋制的沖擊磨損以及軋機(jī)和輥系的裝配間隙，造成軋機(jī)兩側(cè)剛度較之設(shè)計(jì)理想剛度產(chǎn)生較大變化，在實(shí)際軋制中就會(huì)出現(xiàn)兩側(cè)壓下量出現(xiàn)差異的狀況，造成軋件兩側(cè)出輥速度不同，形成軋件的跑偏。

在實(shí)際軋制中，由于各種因素往往綜合作用于軋件的跑偏過(guò)程，使跑偏問(wèn)題復(fù)雜化，需對(duì)各種單一因素隨軋制跑偏的影響進(jìn)行分析對(duì)比，見(jiàn)表1。

表1 單一不對(duì)稱條件下軋件跑偏狀態(tài)

通過(guò)表1分析可知，操作側(cè)軋制力和傳動(dòng)側(cè)軋制力的差值，可反映軋制過(guò)程中系統(tǒng)的橫向不對(duì)稱特征，但與跑偏方向卻無(wú)一致相關(guān)性。不過(guò)如果軋件向操作側(cè)跑偏，操作側(cè)的軋制力會(huì)越來(lái)越大，而傳動(dòng)側(cè)的軋制力則會(huì)越來(lái)越小，操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)的軋制力差就會(huì)變大：如果軋件向傳動(dòng)側(cè)跑偏，傳動(dòng)側(cè)的軋制力會(huì)越來(lái)越大，而操作側(cè)的軋制力則會(huì)越來(lái)越小，操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)的軋制力差就會(huì)變小。因此，軋機(jī)兩側(cè)檢測(cè)的軋制力差隨時(shí)間的變化量可以作為判斷軋件跑偏的依據(jù)，并以此進(jìn)行自動(dòng)輥縫調(diào)平設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[1]通過(guò)對(duì)軋制跑偏的研究得出了與上述觀點(diǎn)相同的結(jié)論。文獻(xiàn)[2]與文獻(xiàn)[3]對(duì)鋁帶連軋自動(dòng)糾偏控制進(jìn)行了實(shí)踐。

3 帶鋼自動(dòng)糾偏的功能設(shè)計(jì)

由于軋機(jī)的自動(dòng)厚度控制(AGC)具有自動(dòng)壓下的功能，利用這一設(shè)備功能，將自動(dòng)輥縫水平調(diào)整的功能設(shè)計(jì)疊加到AGC上，可以在不增加任何投資和設(shè)備的情況下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾偏的控制。具體設(shè)計(jì)方法如下：

軋件在穩(wěn)定軋制階段，電氣一級(jí)控制系統(tǒng)通過(guò)安裝在軋機(jī)兩側(cè)(操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè))下方的測(cè)壓頭進(jìn)行軋制壓力檢測(cè)，并將檢測(cè)到的軋機(jī)兩側(cè)的軋制壓力進(jìn)行差值計(jì)算(軋制壓力差值計(jì)算是指軋機(jī)操作側(cè)軋制壓力減去軋機(jī)傳動(dòng)側(cè)軋制壓力)，以該軋制壓力偏差作為參考基準(zhǔn)。當(dāng)軋件進(jìn)入拋尾階段時(shí)，對(duì)實(shí)時(shí)檢測(cè)到的軋機(jī)兩側(cè)的軋制壓力進(jìn)行差值計(jì)算，然后比照參考基準(zhǔn)值計(jì)算輥縫偏差調(diào)整量，并輸出給軋機(jī)AGC控制系統(tǒng)(自動(dòng)厚度控制系統(tǒng))，在原有的AGC缸伸出量的基礎(chǔ)上增加輥縫偏差的AGC缸伸出量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)軋機(jī)兩側(cè)輥縫偏差的實(shí)時(shí)糾偏調(diào)整，直至軋件拋尾完成。

自動(dòng)糾偏調(diào)整量的計(jì)算公式為：

△S=M*(△Fb-△Fr)/K

其中：△S——自動(dòng)糾偏調(diào)整量，mm；

△Fr——軋制壓力偏差參考基準(zhǔn)，KN；

△Fb——拋尾過(guò)程中軋制壓力偏差，KN；

K——軋機(jī)剛度，KN/mm；

M——修正系數(shù)；

通過(guò)將軋件穩(wěn)定軋制時(shí)壓力偏差的采集設(shè)置在精軋機(jī)的末機(jī)架與卷取機(jī)建立張力后10 s時(shí)，可避開(kāi)軋件穿帶剛完成時(shí)軋制壓力的不穩(wěn)定時(shí)段，軋件尾部離開(kāi)精軋機(jī)的末機(jī)架時(shí)，系統(tǒng)對(duì)軋制壓力偏差參考基準(zhǔn)進(jìn)行清零，使得每次軋件的軋制壓力偏差基準(zhǔn)參數(shù)都為軋件本身，即每塊軋件的系統(tǒng)變量?jī)H為系統(tǒng)參數(shù)，與不同軋件本身并無(wú)影響因素，保障最終輥縫偏差量調(diào)整的精確度。

4 自動(dòng)糾偏控制的應(yīng)用效果

4.1 自動(dòng)糾偏控制使用初期狀況

自動(dòng)糾偏控制設(shè)計(jì)完成之后，投入使用，對(duì)F1-F7機(jī)架進(jìn)行數(shù)據(jù)跟蹤采集分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)帶鋼出現(xiàn)跑偏時(shí)，自動(dòng)糾偏控制適時(shí)地進(jìn)行控制，及時(shí)地糾正跑偏狀況，使得帶鋼始終控制在軋制中心線周圍，說(shuō)明自動(dòng)糾偏控制已經(jīng)開(kāi)始發(fā)揮作用，但糾偏調(diào)整量存在反復(fù)震蕩的問(wèn)題(見(jiàn)圖1)。

圖1 自動(dòng)糾偏初期應(yīng)用狀況圖

通過(guò)分析原因有兩點(diǎn)：(1)在自動(dòng)糾偏控制設(shè)計(jì)上，壓力偏差調(diào)整的基數(shù)過(guò)小，軋機(jī)存在極小的偏差時(shí)軋機(jī)也反復(fù)調(diào)整；(2)當(dāng)軋輥不圓度較大或壓力檢測(cè)元件檢測(cè)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，自動(dòng)糾偏也會(huì)出現(xiàn)往復(fù)調(diào)整的異常情況。

為此，通過(guò)功能設(shè)計(jì)需要在功能設(shè)計(jì)上將壓力偏差調(diào)整基數(shù)調(diào)高；對(duì)軋輥磨削圓度、同軸度等指標(biāo)精度嚴(yán)格控制在0.05 mm以內(nèi)，禁止磨削指標(biāo)異常的軋輥上線；通過(guò)軋機(jī)剛度分析確定儀表檢測(cè)的準(zhǔn)確性，對(duì)壓力檢測(cè)異常的機(jī)架暫時(shí)退出自動(dòng)調(diào)整功能，在儀表檢測(cè)正常后再投入運(yùn)行。

4.2 功能優(yōu)化后效果

功能優(yōu)化后，帶鋼自動(dòng)糾偏的超調(diào)現(xiàn)象得到抑制(見(jiàn)圖2)，帶鋼跑偏量顯著降低，甩尾比例大幅下降。統(tǒng)計(jì)對(duì)比功能試驗(yàn)前后的甩尾比例狀況，甩尾比率由0.95%下降到0.22%左右(見(jiàn)圖3)，由此帶來(lái)了產(chǎn)線作業(yè)率的大幅提高。

圖2 自動(dòng)糾偏優(yōu)化后應(yīng)用狀況圖 圖3 精軋機(jī)甩尾比例走勢(shì)圖

5 結(jié)論

(1)軋制時(shí)軋制力變化差與軋機(jī)跑偏方向呈完全正相關(guān)的關(guān)系，因此可以通過(guò)軋制力的變化量作為軋機(jī)不穩(wěn)定方向的判定依據(jù)。

(2)通過(guò)軋機(jī)自動(dòng)糾偏設(shè)計(jì)，并以軋機(jī)自動(dòng)壓下裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)工業(yè)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了軋機(jī)自動(dòng)糾偏功能。