DAGC在600 mm九機(jī)架熱連軋機(jī)上的應(yīng)用

燕 鐸，李玉貴，張進(jìn)之，康 軍，盛慶偉

(1.太原科技大學(xué)，機(jī)械工程學(xué)院，山西 太原 030024;2.鋼鐵研究總院，北京 100081;3.天津紅日電氣自動(dòng)化有限公司，天津 300300)

0 前言

在板帶材軋制中，板厚精度是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，熱軋板帶材的需求量大幅度增加及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，對(duì)其厚度精度的要求也日益提高。在熱軋帶鋼生產(chǎn)中，通常是通過精軋的自動(dòng)化厚度控制 (Automatic Gauge Control，AGC)功能來提高帶鋼厚度指標(biāo)，以獲得帶鋼縱向厚度的均勻性，滿足后續(xù)工序或用戶的需要。所以AGC系統(tǒng)是現(xiàn)代板帶鋼生產(chǎn)中不可缺少的組成部分。

傳統(tǒng)的BISRA-AGC模型中沒有軋件參數(shù)Q，從理論上講是不完備的;GM-AGC控制系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)有偽正反饋現(xiàn)象 (簡(jiǎn)稱“跑飛”)［1-2］。傳統(tǒng) AGC雖然能滿足厚控精度的基本要求，但存在一些不足之處，所以在熱連軋機(jī)上推廣應(yīng)用DAGC控制系統(tǒng)。與傳統(tǒng)AGC相比，DAGC比BISRA系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快和可變剛度范圍寬的優(yōu)點(diǎn)［3］。實(shí)際軋制過程擾動(dòng)是隨機(jī)變化，DAGC發(fā)現(xiàn)軋件擾動(dòng)可測(cè)，由測(cè)得的壓力、輥縫實(shí)際值，一步計(jì)算出輥縫的調(diào)節(jié)量來實(shí)現(xiàn)厚度恒定控制。DAGC由數(shù)學(xué)分析法得出了動(dòng)態(tài)輥縫差分方程，屬動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型［4］，所以在工程實(shí)際中得到廣泛應(yīng)用。

本文結(jié)合DAGC在某鋼廠600 mm九機(jī)架熱連軋精軋機(jī)上的應(yīng)用，介紹了DAGC系統(tǒng)的控制原理和結(jié)構(gòu)，分析在實(shí)際軋制過程中軋件塑性系數(shù)Q對(duì)輥縫調(diào)節(jié)量的影響。

1 600 mm九機(jī)架熱連軋機(jī)工藝

圖1 600 mm九機(jī)架熱連軋生產(chǎn)線軋機(jī)布置簡(jiǎn)圖Fig.1 Arrangement of 600 mm nine-stand hot strip mill

如圖1所示，600 mm九機(jī)架熱連軋生產(chǎn)線包括:板坯庫(kù)、加熱爐區(qū)、粗軋機(jī)區(qū)、粗精軋之間的輸送輥道及高溫計(jì)、切頭剪、測(cè)寬儀、精軋區(qū)、測(cè)厚儀、測(cè)寬儀、高溫計(jì)、蛇陣及熱輸出輥道 (平板鏈)、卷取區(qū)設(shè)備和成品庫(kù)組成。粗軋機(jī)R1為三輥式勞特軋機(jī)，R2為兩輥軋機(jī)，精軋機(jī)采用的是3立9平，立式卷取。立輥L1采用的是全液壓壓下控制方式，立輥L2、L3采用的是液壓加電動(dòng)壓下控制方式，JP1～JP9機(jī)架采用的是全液壓壓下。

在生產(chǎn)過程中，粗軋區(qū)和精軋區(qū)的控制是相對(duì)獨(dú)立的。板坯出加熱爐，經(jīng)輸送輥道到達(dá)粗軋機(jī)R1，除磷后，R1實(shí)行四道次軋制，經(jīng)翻轉(zhuǎn)軌道到粗軋機(jī)R2，除磷軋制后厚度約為36 mm。再由熱輸送輥道送到切頭剪切頭，經(jīng)精軋除磷后送入精軋機(jī)組軋制，由平板鏈送到卷取區(qū)卷取、打捆、入庫(kù);成品厚度范圍為1.0 mm～5.0 mm。精軋機(jī)組的JP1～JP3實(shí)現(xiàn)大壓下量軋制，JP4～JP9機(jī)架投入DAGC，實(shí)現(xiàn)板形和板厚精度控制，同時(shí)在JP8、JP9投入監(jiān)控AGC。當(dāng)投入AGC后，各機(jī)架穩(wěn)定運(yùn)行，活套波動(dòng)量減小，輥縫校正量波動(dòng)減小，趨于穩(wěn)態(tài)。

2 動(dòng)態(tài)設(shè)定型AGC系統(tǒng)

動(dòng)態(tài)設(shè)定型AGC控制系統(tǒng)的核心是:通過實(shí)時(shí)測(cè)量壓力和輥縫增量值來計(jì)算下一步的輥縫設(shè)定增量值，然后通過APC實(shí)現(xiàn)AGC控制功能的系統(tǒng)。

設(shè)在各采樣時(shí)刻的擾動(dòng)幅度不同的情況下，要求能夠一次性將厚度差補(bǔ)償?shù)簦⒁簤鹤儎偠燃夹g(shù)應(yīng)用進(jìn)去，可以推導(dǎo)出動(dòng)態(tài)設(shè)定型變剛度AGC系統(tǒng)，其控制數(shù)學(xué)模型［5-6］為

式中，C為可變剛度系數(shù);MC為當(dāng)量剛度值(等效的軋機(jī)剛度系數(shù))。

軋件塑性系數(shù)Q是指軋件塑性增加1 mm的壓下量所需要的軋制力，是金屬的 H、h、B、R、V、t、υ和材質(zhì)等參數(shù)的非線性函數(shù)［7］。由于Q不僅與軋件溫度有關(guān)，還與軋件物理性質(zhì)、軋制道次有關(guān)。因此Q值不可能與實(shí)際值Q相等，為此分析Q值的誤差對(duì)輥縫調(diào)節(jié)量的影響。近似的計(jì)算公式為

式中，Pi為軋制力實(shí)測(cè)值;Hi為軋件入口厚度;hi為軋件出口厚度;α為補(bǔ)償系數(shù)。

動(dòng)態(tài)設(shè)定型AGC系統(tǒng)框圖如圖2所示。APC為壓下系統(tǒng);ΔPd為壓力擾動(dòng)量;ΔPs為調(diào)節(jié)輥縫引起的壓力變化;Se為輥縫鎖定值;M為軋機(jī)剛度;Q為軋件塑性系數(shù)。通過軋機(jī)實(shí)測(cè)表明，動(dòng)態(tài)設(shè)定型AGC的響應(yīng)速度比傳統(tǒng)的快，而且可變剛度范圍較寬，與其他厚控方法共用時(shí)其穩(wěn)定性好，無相互干擾。動(dòng)態(tài)設(shè)定型AGC將厚度自動(dòng)控制轉(zhuǎn)化為模型設(shè)定，隔離了壓力信號(hào)中的干擾信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的不利影響，因此得到很好的應(yīng)用。

圖2 動(dòng)態(tài)設(shè)定型AGC系統(tǒng)框圖Fig.2 Block diagram of dynamic setting AGC system

3 應(yīng)用效果

在軋制過程中計(jì)算Q值時(shí)，軋制壓力Pi不是采用預(yù)估值，而采用實(shí)測(cè)軋制力進(jìn)行在線計(jì)算軋件塑性系數(shù)Q值。為修正此種近似計(jì)算產(chǎn)生的誤差，在公式中增加了補(bǔ)償系數(shù)α(α值在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過程中確定)。在調(diào)試過程中，對(duì)軋件塑性系數(shù)取不同的補(bǔ)償系數(shù)α?xí)r的輥縫調(diào)節(jié)量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以JP5、JP6、JP7機(jī)架為例，輥縫調(diào)節(jié)量如圖3～圖5所示。

圖3 α=1.1和α=1.0時(shí)三個(gè)機(jī)架的輥縫調(diào)節(jié)量趨勢(shì)圖Fig.3 Run chart of roll gap's regulating-variable of three stands as α =1.1 and α =1.0

圖4 α=0.9和α=0.8時(shí)三個(gè)機(jī)架的輥縫調(diào)節(jié)量趨勢(shì)圖Fig.4 Run chart of roll gap's regulating-variable of three stands as α =0.9 and α =0.8

圖5 α=0.7和α=0.6時(shí)三個(gè)機(jī)架的輥縫調(diào)節(jié)量趨勢(shì)圖Fig.5 Run chart of roll gap's regulating-variable of three stands as α =0.7 and α =0.6

圖3～圖5中，在取不同的補(bǔ)償系數(shù)值時(shí)，對(duì)JP5、JP6、JP7三機(jī)架輥縫調(diào)節(jié)量趨勢(shì)圖進(jìn)行對(duì)比，可以看出在α=0.6時(shí)各機(jī)架的輥縫調(diào)節(jié)量變化趨勢(shì)比平穩(wěn)，減小帶鋼軋制時(shí)的沖擊，有利于軋制過程的安全穩(wěn)定進(jìn)行，最終取α=0.6為補(bǔ)償系數(shù)。

當(dāng)投入AGC后，活套波動(dòng)量減小，輥縫校正量波動(dòng)減小，各機(jī)架穩(wěn)定運(yùn)行，趨于穩(wěn)態(tài)。圖6、圖7是分別是在測(cè)厚儀上測(cè)得不同規(guī)格的帶鋼厚度偏差曲線。

圖6 軋制1.8 mm×395 mm時(shí)DAGC投入前、后帶鋼厚度偏差曲線Fig.6 Curves of 1.8 mm×395 mm strip thickness deviation before and after application DAGC

圖7 軋制3.0 mm×235 mm時(shí)DAGC投入前、后帶鋼厚度偏差曲線Fig.7 Curves of 3.0 mm×235 mm strip thickness deviation before and after application DAGC

按用戶要求:產(chǎn)品規(guī)格1.6 mm～2.0 mm的厚度精度測(cè)量范圍是在去除頭部、尾部2.5 m測(cè)量，厚度精度要求是±50μm，而實(shí)際測(cè)量的厚度精度小于±30 μm;產(chǎn)品規(guī)格2.1 mm～4.0 mm的厚度精度測(cè)量范圍是在去除頭部、尾部2.5 m測(cè)量，厚度精度要求是±70 μm，而實(shí)際測(cè)量的厚度精度為小于±40 μm，實(shí)際應(yīng)用表明該系統(tǒng)控制效果比較好。

4 結(jié)束語

動(dòng)態(tài)設(shè)定型AGC在九機(jī)架窄帶熱連軋機(jī)上應(yīng)用，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和厚度精度，使成品的厚度偏差小于±40μm，滿足廠方提出的要求。

動(dòng)態(tài)設(shè)定型AGC是根據(jù)實(shí)際軋制過程擾動(dòng)可測(cè)，由數(shù)學(xué)分析法推導(dǎo)出來的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。在軋制中計(jì)算軋件塑性系數(shù)Q時(shí)，采用的不是預(yù)估軋制力，而是實(shí)測(cè)軋制力，為修正預(yù)估軋制力與實(shí)測(cè)軋制力的誤差，加入補(bǔ)償系數(shù)，使各機(jī)架輥縫調(diào)節(jié)量波動(dòng)減小，減小了軋制時(shí)的沖擊，使帶鋼軋制更安全穩(wěn)定運(yùn)行。

同時(shí)將厚度控制與二級(jí)的軋制優(yōu)化規(guī)程連成一體化使用，可將厚度控制轉(zhuǎn)化為模型設(shè)定，共同利用了動(dòng)態(tài)非線性彈跳方程實(shí)用技術(shù)，簡(jiǎn)化了厚控系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)控制精度，實(shí)踐證明了DAGC的實(shí)用價(jià)值，應(yīng)當(dāng)在工程實(shí)際中推廣應(yīng)用。

［1］張進(jìn)之.熱連軋厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)化的綜合分析 ［J］.重型機(jī)械，2004(3):1－10.

［2］楊衛(wèi)東.GM-AGC的偽正反饋現(xiàn)象研究 ［J］.冶金自動(dòng)化，2006(4):46－48.

［3］趙厚信，王喆，張進(jìn)之，等.壓力AGC系統(tǒng)與其它厚控系統(tǒng)共用的相關(guān)性分析 ［J］.冶金設(shè)備，2005(2).

［4］李玉貴，龐思勤，黃慶學(xué)，等.三種動(dòng)態(tài)設(shè)定型AGC控制模型的分析 ［J］.重型機(jī)械，2006(5):1－4.

［5］丁修堃.軋制過程自動(dòng)化 ［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2005.

［6］李玉貴，龐思勤，黃慶學(xué)，等.厚度自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展過程分析［A］.第二屆寶鋼學(xué)術(shù)年會(huì)－技術(shù)創(chuàng)新與循環(huán)經(jīng)濟(jì) ［C］.上海:2006:351－358.

［7］鄭申白編著.軋制過程自動(dòng)化技術(shù) ［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009:71－72.