柳鋼2032 mm熱連軋線卷取側(cè)導(dǎo)板控制策略優(yōu)化及設(shè)備管控

陳廷龍,蔣小宇, 蒙 寧, 鐘發(fā)連

(廣西柳州鋼鐵集團有限公司熱軋板帶廠，廣西 柳州 545002)

柳鋼2032 mm熱連軋生產(chǎn)線卷取機機組為2臺具有AJC功能的擺臂式地下卷取機，主要設(shè)備包括：卷取機入口輥道、卷取機前側(cè)導(dǎo)板、夾送輥、活門、卷取機、帶鋼攔截裝置等，如圖1所示。

圖1 柳鋼2032 mm熱連軋卷取機組Figure.1 Chart of 2032 mm hot continuous rolling coiler

隨著我國工業(yè)化程度的大幅度提升，對于鋼材質(zhì)量的要求也越來越高，用戶對于熱軋鋼卷的實物質(zhì)量需求愈加強烈。同時，卷型質(zhì)量的好壞還影響著儲存和運輸，對下一道工序的加工和使用帶來干擾。在熱軋鋼卷的卷取生產(chǎn)過程中，常見的實物質(zhì)量缺陷包括錯層、塔型、面包卷、扁卷、松卷、溢出邊等。對于薄規(guī)格熱軋鋼卷而言，在卷取時以頭部塔型和尾部溢出邊問題最為突出。嚴(yán)重的實物質(zhì)量問題將直接導(dǎo)致出現(xiàn)次品甚至廢品，對鋼卷用步進梁或托盤小車運輸造成影響，出現(xiàn)堵鋼、翻鋼，并且還會降低生產(chǎn)節(jié)奏，影響生產(chǎn)效率。鋼卷頭部塔型、尾部溢出邊問題產(chǎn)生的主要原因是帶鋼頭部出精軋機組末機架后，偏離軋制中心線，導(dǎo)致帶鋼在層流輥道上偏向操作側(cè)或傳動側(cè)運行，此時帶鋼在進入卷取機之前由于沒有很好地對中，造成卷取開始時或拋鋼介入后引起塔型、溢出邊。當(dāng)帶鋼在進入卷取機之后進行卷取的過程中，由于夾送輥輥縫存在偏差、助卷輥輥縫水平間隙過大等原因，也會造成鋼卷出現(xiàn)塔型等實物質(zhì)量問題。

通過實踐跟蹤發(fā)現(xiàn)，熱軋鋼卷塔型、溢出邊等實物質(zhì)量問題的輕重程度，取決于卷取機前側(cè)導(dǎo)板兩次短行程響應(yīng)的快慢，以及卷取張力形成的圈數(shù)。通常情況下，卷取機前側(cè)導(dǎo)板的開口度預(yù)擺設(shè)定為板帶寬度+70 mm，在軋制薄規(guī)格時軋制速度快，側(cè)導(dǎo)板控制難度大，塔型較嚴(yán)重。卷取機前側(cè)導(dǎo)板是糾正帶鋼實物質(zhì)量的主要控制設(shè)備，實物質(zhì)量的良好糾正效果取決于側(cè)導(dǎo)板動作響應(yīng)迅速、尋邊時間短。如果側(cè)導(dǎo)板移動過快會導(dǎo)致鋼帶邊部造成較大沖擊，損壞邊部，嚴(yán)重時會夾死堆廢。因此對卷取機側(cè)導(dǎo)板控制策略優(yōu)化，實現(xiàn)卷取機前側(cè)導(dǎo)板的位置環(huán)控制模式與壓力環(huán)控制模式的合理切換，是需要重點攻關(guān)解決的問題。

1 側(cè)導(dǎo)板自動控制系統(tǒng)

1.1 側(cè)導(dǎo)板設(shè)備結(jié)構(gòu)及控制原理

卷取機前側(cè)導(dǎo)板分為直線段與斜線段，設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖2所示。由兩只油缸驅(qū)動每一側(cè)的直線段側(cè)導(dǎo)板來實現(xiàn)打開與關(guān)閉，每側(cè)油缸均通過一根齒輪齒條同步機構(gòu)來保證兩側(cè)的側(cè)導(dǎo)板動作一致性和位置準(zhǔn)確性。側(cè)導(dǎo)板設(shè)備的主要作用是對不同厚度的帶鋼進行糾偏，精確引導(dǎo)從精軋機組末機架出來的通過層流輥道的熱軋帶鋼沿著軋制中心線順利送入卷取機組并獲得良好的卷形[1]。

卷取機前側(cè)導(dǎo)板的時序控制原理：在熱軋帶鋼的卷取過程中，液壓缸由伺服閥控制可實現(xiàn)側(cè)導(dǎo)板的位置控制和壓力控制。通過伺服液壓系統(tǒng)進行位置環(huán)和壓力環(huán)兩個雙閉環(huán)的控制系統(tǒng)驅(qū)動，側(cè)導(dǎo)板非壓力環(huán)的一側(cè)只有位置控制沒有壓力控制，而投壓力環(huán)的一側(cè)既有位置控制又有壓力控制，兩側(cè)可根據(jù)帶鋼生產(chǎn)實際情況進行壓力環(huán)切換，投壓力環(huán)側(cè)壓靠帶鋼，直到側(cè)導(dǎo)板壓力達到設(shè)定值后停止，通過卷取機前操作側(cè)與傳動側(cè)的側(cè)導(dǎo)板共同作用，完成整個帶鋼卷取過程。

圖2 側(cè)導(dǎo)板結(jié)構(gòu)圖Figure.2 Structural drawing of side guide plate

1.2 側(cè)導(dǎo)板兩次短行程控制

當(dāng)熱軋帶鋼從精軋機組末機架出來通過層冷輥道進入卷取機前側(cè)導(dǎo)板區(qū)域時，帶鋼頭部處于無約束狀態(tài)，而且?guī)т擃^部也有可能存在一定的超寬、“鐮刀彎”等，這也是一個造成實物質(zhì)量缺陷的重要因素，因此對于側(cè)導(dǎo)板開口度預(yù)擺設(shè)定值不能太小。而且?guī)т擃^部是否能以對中的狀態(tài)進入夾送輥，將對帶鋼的內(nèi)圈卷形起著關(guān)鍵性的作用，所以在帶鋼經(jīng)側(cè)導(dǎo)板導(dǎo)入夾送輥進入卷取機的過程中采取兩次“短行程”控制方式，其示意圖如圖3所示。同時為避免兩次“短行程”后側(cè)導(dǎo)板直接撞擊帶鋼而發(fā)生卡鋼事故，程序?qū)砣C前側(cè)導(dǎo)板進行了設(shè)定。由于兩臺卷取機前側(cè)導(dǎo)板結(jié)構(gòu)不同，因此側(cè)導(dǎo)板自動控制模式也有所差別，但都是由位置控制和壓力控制交替進行，具體情況如下：

圖3 側(cè)導(dǎo)板兩次短行程示意圖Figure.3 Schematic diagram of two short strokes of side guide plate

卷取機前側(cè)導(dǎo)板開口度設(shè)定與控制如下：

(1)精軋F1咬鋼時開始進行側(cè)導(dǎo)板開口度的初始設(shè)置，側(cè)導(dǎo)板開口度設(shè)定(W0)=帶鋼寬度(B)+70 mm+偏移量(△)mm，△值根據(jù)現(xiàn)場實際磨損情況補償。

(2)控制原理：計算帶鋼頭部行走到側(cè)導(dǎo)板平行段一半時，觸發(fā)第一次短行程，側(cè)導(dǎo)板兩側(cè)同步走A1=A2=15 mm至帶鋼寬度(B)+40 mm位置。帶鋼頭部過夾送輥0.5 m后觸發(fā)第二次短行程，非壓力環(huán)一側(cè)設(shè)定B2=20 mm、壓力環(huán)一側(cè)設(shè)定B1=10 mm，剩余W0-A1-A2-B1-B2進行壓力環(huán)控制，哪側(cè)投壓力環(huán)就開始往帶鋼壓靠，直到側(cè)導(dǎo)板壓力達到設(shè)定值后停止壓靠。

(3)執(zhí)行完兩次短行程之后，投壓力環(huán)一側(cè)的側(cè)導(dǎo)板控制方式由自動位置控制轉(zhuǎn)換為自動壓力控制，非亞力環(huán)一側(cè)的側(cè)導(dǎo)板保持不動，投壓力環(huán)一側(cè)的側(cè)導(dǎo)板以恒定的壓力靠近并接觸帶鋼，對帶鋼起到對中和夾持作用。

(4)根據(jù)帶鋼尾部跟蹤進行讓尾，完成側(cè)導(dǎo)板初始化。

2 側(cè)導(dǎo)板控制策略優(yōu)化

2.1 優(yōu)化側(cè)導(dǎo)板結(jié)構(gòu)

對側(cè)導(dǎo)板進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，一方面為避免帶鋼頭部在側(cè)導(dǎo)板斜線段與平行段接觸處卡鋼，將側(cè)導(dǎo)板直角過渡改為圓弧過渡形成導(dǎo)角，使帶鋼頭部在喇叭口段和平行段處進行平滑過渡；另一方面，由于側(cè)導(dǎo)板平行段出口末端距離夾送輥較遠(yuǎn)，帶鋼頭部經(jīng)側(cè)導(dǎo)板夾持后會出現(xiàn)一定的游走空間，造成較大塔形量，為此將卷取機側(cè)導(dǎo)板平行段入口前移1個輥距，保證側(cè)導(dǎo)板的通板性和減小帶鋼游走空間。

2.2 投用防卡鋼保護功能

側(cè)導(dǎo)板開口度直接影響到帶鋼能否順利進行卷取，通過投用防卡鋼保護功能，在精軋出口處使用多功能板形儀進行實時寬度數(shù)據(jù)測量及計算，讀取帶鋼頭部軋制中心線方向5米數(shù)據(jù)，以判斷帶鋼頭部最大寬度并參與側(cè)導(dǎo)板控制，匹配性補償側(cè)導(dǎo)板預(yù)擺開口度；計算帶鋼中心線偏差，以此判斷帶鋼頭部鐮刀彎的變形量，匹配性修正側(cè)導(dǎo)板開口度及兩次短行程控制，以此避免由于帶鋼頭部超寬或鐮刀彎撞擊側(cè)導(dǎo)板造成卡鋼堆廢事故。

2.3 優(yōu)化兩次短行程的觸發(fā)時機

新增速度分梯度觸發(fā)一次、二次短行程的響應(yīng)時間，根據(jù)帶鋼不同軋制速度改變跟蹤距離，實現(xiàn)側(cè)導(dǎo)板一次、二次短行程觸發(fā)時機如表1所示，以此減少鋼卷塔型量。

表1 速度分梯度觸發(fā)兩次短行程的跟蹤距離變化

2.4 帶鋼尾部側(cè)導(dǎo)板控制優(yōu)化

根據(jù)精軋出口多功能板形儀測量帶鋼尾部的數(shù)據(jù)，計算得到軋制方向尾部10 m的中心線偏差實際值，并匹配性優(yōu)化帶鋼尾部側(cè)導(dǎo)板壓力補償，隨后轉(zhuǎn)入位置環(huán)控制并減少尾部壓力至設(shè)定壓力值的20%，以此提高側(cè)導(dǎo)板尾部糾偏能力，改善鋼卷外圈溢出邊，同時一定程度上減少了側(cè)導(dǎo)板的磨損量，保護側(cè)導(dǎo)板設(shè)備。

2.5 優(yōu)化側(cè)導(dǎo)板尋邊壓力控制

針對卷取機前側(cè)導(dǎo)板目前的控制現(xiàn)狀，對側(cè)導(dǎo)板的壓力進行階梯控制，根據(jù)帶鋼規(guī)格、鋼種溫度的不同設(shè)計尋邊壓力并進行分段壓力控制。

側(cè)導(dǎo)板設(shè)定尋邊壓力按以下公式進行實時計算[2]：

其中：FRs為壓力設(shè)定值(KN)；H：帶鋼厚度(mm)； T：實際卷取溫度；K：修正系數(shù)(0.3～0.6)；Kt：溫度修正系數(shù)；Ky：帶鋼強度修正系數(shù)(0.95～1.05)；Km：通過HIM操作界面輸入的手動修正系數(shù)(0.75～1.25)。

第1階段，帶鋼頭部從精軋機組末機架出來通過層冷輥道進入卷取機前側(cè)導(dǎo)板區(qū)域，處于卷取張力未建立階段。此時側(cè)導(dǎo)板進行兩次短行程位置環(huán)設(shè)定，后投壓力環(huán)一側(cè)的側(cè)導(dǎo)板以恒定的壓力靠近并接觸帶鋼實現(xiàn)恒定壓力控制。

第2階段，帶鋼進入穩(wěn)定張力卷取階段。側(cè)導(dǎo)板只需要保證與帶鋼之間無間隙，不需要有太大的壓力就可以保證帶鋼不跑偏，此階段適當(dāng)減小側(cè)導(dǎo)板壓力值。

第3階段，精軋拋鋼后，張力基本存在于卷筒與夾送輥之間，此時帶鋼最容易出現(xiàn)跑偏，這也是導(dǎo)致尾部溢出邊問題的主要原因。由于在F6拋鋼的瞬間，卷取機有一個瞬間張力失去又重新建立的過程，所以在F6拋鋼之前側(cè)導(dǎo)板再度恢復(fù)到正常的設(shè)定壓力值來防止尾部跑偏導(dǎo)致卷型不良。

3 側(cè)導(dǎo)板設(shè)備管控

卷取側(cè)導(dǎo)板設(shè)備在安裝或生產(chǎn)過程中，往往因安裝誤差、測量誤差、設(shè)備磨損等因素，導(dǎo)致精度出現(xiàn)偏差，在使用過程中存在一定的風(fēng)險性，易導(dǎo)致塔型、錯層、溢出邊甚至出現(xiàn)卡鋼故障等，給卷取機主體設(shè)備和實物質(zhì)量帶來不利因素。因此，制定適宜的設(shè)備精度和更換管控制度，同時通過優(yōu)化程序?qū)崿F(xiàn)設(shè)備自動保護功能，提高側(cè)導(dǎo)板的運行穩(wěn)定性，同時有助于熱軋帶鋼的實物質(zhì)量得到穩(wěn)定性的改善。

3.1 完善精度控制制度

在側(cè)導(dǎo)板更換安裝的同時，對襯板的配合間隙進行檢查，要求側(cè)導(dǎo)板開口度不論設(shè)在最大或最小值，襯板與地輥都有一定的間隙(10 mm以內(nèi))，襯板與襯板連接處應(yīng)滿足通板要求。襯板除與側(cè)導(dǎo)板本體接觸外不應(yīng)再有其他接觸(過渡板)。固定部分和磨損部分的檢查結(jié)果是更換襯板的主要依據(jù)。如因固定部分出現(xiàn)松動或磨損部分嚴(yán)重，使卷形無法得到控制時，應(yīng)對襯板進行處理。為此對卷取區(qū)側(cè)導(dǎo)板進行改造，并投用高耐磨側(cè)導(dǎo)板以提升卷型，降低消耗，提高綜合作業(yè)率。

3.2 優(yōu)化過程保護功能

在側(cè)導(dǎo)板壓力環(huán)控制時，當(dāng)實際開口度與目標(biāo)板寬相差超過45 mm，或比目標(biāo)板寬+畫面補償多30 mm，出現(xiàn)報警提示后自動退出壓力環(huán)，可有效避免板寬超寬，開口度過小導(dǎo)致帶鋼撞擊側(cè)導(dǎo)板出現(xiàn)夾死卡鋼。

3.3 制定點檢標(biāo)準(zhǔn)化制度

(1)側(cè)導(dǎo)板襯板的磨損量要求不超過5 mm或側(cè)導(dǎo)板的整體過鋼量不超過6000 t。其中，若薄規(guī)格過鋼量達到3000 t時，則需提前進行更換。

(2)側(cè)導(dǎo)板襯板是否存在松動、入口處或滑塊處是否存在內(nèi)翹。

(3)側(cè)導(dǎo)板兩邊的液壓缸動作是否同步及動態(tài)響應(yīng)是否及時到位，是否夾持跟隨。

(4)側(cè)導(dǎo)板是否存在因與輥道間隙過小造成摩擦、壓輥。

(5)側(cè)導(dǎo)板是否與過渡板間隙過大，導(dǎo)致帶鋼頭部跑偏造成卡鋼事故。

(6)卷取機前側(cè)導(dǎo)板的基座尺寸監(jiān)控、斜度控制。

(7)對側(cè)導(dǎo)板的對中性定期進行測量，嚴(yán)格保證卷取機前側(cè)導(dǎo)板對中性能良好。

4 結(jié)語

(1)實現(xiàn)側(cè)導(dǎo)板自動位置控制模式與自動壓力控制模式的合理轉(zhuǎn)換，兩側(cè)可根據(jù)帶鋼生產(chǎn)實際情況進行壓力環(huán)切換，非壓力環(huán)一側(cè)的側(cè)導(dǎo)板保持不動，投非壓力環(huán)一側(cè)的側(cè)導(dǎo)板保持不動，投壓力環(huán)一側(cè)的側(cè)導(dǎo)板以恒定的壓力靠近并接觸帶鋼，對帶鋼起到對中和夾持作用。壓力環(huán)一側(cè)的側(cè)導(dǎo)板以恒定的壓力靠近并接觸帶鋼，對帶鋼起到對中和夾持作用。

(2)進行卷取機前側(cè)導(dǎo)板尋邊技術(shù)的改進，收小側(cè)導(dǎo)板開口度預(yù)擺，優(yōu)化側(cè)導(dǎo)板兩次短行程的動作時間，并進行頭部超寬或鐮刀彎保護優(yōu)化設(shè)定，有助于提升卷型，減少最大塔型量和圈數(shù)，并能防止頭部超寬或鐮刀彎大造成卡鋼，塔形溢出邊率由2020年的2.68%降至目前1.14%。