冷軋備料厚度高頻波動(dòng)研究及改進(jìn)

年保國(guó) 李愛(ài)民 張文杰

（邯鄲鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北 邯鄲 056001）

0 前言

帶鋼的產(chǎn)品質(zhì)量主要用外形尺寸、平直度、凸度、、組織性能表面質(zhì)量等指標(biāo)衡量。受全球金融危機(jī)影響，鋼鐵市場(chǎng)的形勢(shì)日益嚴(yán)峻，需要進(jìn)一步加強(qiáng)質(zhì)量管理工作，提高品種創(chuàng)效能力。邯鋼2250mm是邯鋼優(yōu)化品種結(jié)構(gòu)、增加經(jīng)濟(jì)效益、提升核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵一環(huán)。所以，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定與否關(guān)系著下一步的品種開發(fā)能否進(jìn)行。

1 問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)和提出

邯鋼2250mm生產(chǎn)的SPHC牌號(hào)主要供冷軋廠進(jìn)行深加工使用，從使用情況反饋來(lái)看，熱軋SPHC牌號(hào)存在的質(zhì)量問(wèn)題有厚度波動(dòng)、表面氧化鐵皮等，以厚度波動(dòng)占主要。造成冷軋工序成本增加，甚至影響最終產(chǎn)品質(zhì)量。

邯鋼2250mm供冷軋的備料鋼種主要是SPHC牌號(hào)，化學(xué)成分如表1:

表1 SPHC的化學(xué)成分（Wt%）

生產(chǎn)的常見(jiàn)規(guī)格:厚度:2.0mm≤H≤5.2mm,寬度:1050mm

通板厚度波動(dòng)較大:

2250mm的帶鋼厚度波動(dòng)主要有兩種情況:

（1）頭部厚度命中率低；一般頭部超出控制限。

（2）通板厚度有跳躍，波動(dòng)較大，尾部減薄嚴(yán)重。

圖1 SPHC 牌號(hào)（3.0×1890mm）的厚度曲線

2 帶鋼厚度尺寸問(wèn)題分析

2.1 帶鋼頭部厚度較厚分析

從冷軋使用情況看，熱軋帶鋼頭尾厚度較設(shè)定值偏厚，超過(guò)厚度偏差標(biāo)準(zhǔn)的卷數(shù)較多。厚度周期跳躍大，下表格的命中率是指帶鋼頭部的厚度精度在±50um的百分?jǐn)?shù)，大約在40%以下。

表2 SPHC牌號(hào)的頭部厚度命中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

頭部厚度偏厚和厚度波動(dòng)對(duì)冷軋產(chǎn)生的負(fù)面影響:

1）冷軋廠品尺寸精度的下降，影響產(chǎn)品質(zhì)量的提高。

2）影響冷軋的軋制穩(wěn)定性和板形:穿帶后厚度偏差較大的情況下，冷軋單機(jī)架AGC調(diào)節(jié)速度達(dá)不到波動(dòng)頻率，導(dǎo)致軋制穩(wěn)定性和板形不好控制。

產(chǎn)生頭部命中率低和厚度波動(dòng)的工藝原因:

1）溫度波動(dòng)較大，尤其頭部溫度，控制精度不高。

2）軋制計(jì)劃的編排不合理，寬度、厚度規(guī)格跳躍太大。

3）三座加熱爐交替出鋼，溫度的波動(dòng)導(dǎo)致二級(jí)模型學(xué)習(xí)和調(diào)整受到限制。

4）模型中的工藝參數(shù)設(shè)定值優(yōu)化不及時(shí)，控制參數(shù)沒(méi)不準(zhǔn)確。

圖2 SPHC牌號(hào)（3.0×1750mm）軋制一道次的厚度曲線

2.2 全長(zhǎng)厚度跳動(dòng)分析

邯鋼2250mm的自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)完全由一級(jí)實(shí)現(xiàn)，可以做到隨厚度和鋼種的變化而變化控制參數(shù)的調(diào)整。

1）加熱爐水印引起的AGC控制厚度階躍。

2）下一機(jī)架咬鋼時(shí)建立張力沖擊。

3）尾部拋鋼時(shí)，溫度低，尾部減薄調(diào)節(jié)量不匹配引起尾部厚度偏差現(xiàn)象。

4）厚度發(fā)生變化時(shí)，AGC的調(diào)節(jié)敏感度過(guò)高，造成壓下缸的震顫。

5）支承輥的偏心導(dǎo)致帶鋼的周期厚度波動(dòng)，加劇了AGC的調(diào)節(jié)。

3 解決方案（工藝措施）

3.1 帶鋼頭部偏厚的原因分析和解決方案

根據(jù)以上原因，排產(chǎn)和二級(jí)模型技術(shù)人員制定如下制度和模型調(diào)整，取得了一定的效果。

3.1.1 溫度波動(dòng)較大，尤其頭部溫度，控制精度不高

由于三座加熱爐的實(shí)際加熱效果不同，尤其是4#加熱爐為后期單獨(dú)調(diào)試、投用，模型的學(xué)習(xí)時(shí)間短；4#加熱爐距離軋機(jī)的距離長(zhǎng)，導(dǎo)致溫降較大；而且不同的規(guī)格和鋼種的在爐時(shí)間要求也不相同、出鋼目標(biāo)溫度不同；還有現(xiàn)場(chǎng)其他的例如軋制節(jié)奏、出鋼速度等因素影響溫度，導(dǎo)致實(shí)際軋制過(guò)程中的溫度變化較大，從而影響軋機(jī)的厚度設(shè)定計(jì)算，導(dǎo)致產(chǎn)品的頭部命中率。針對(duì)這一問(wèn)題，我們提出不同的鋼種、不同規(guī)格的板坯的加熱溫度緩慢過(guò)渡、目標(biāo)溫度盡量整合。

3.1.2 軋制計(jì)劃的排列，規(guī)格跨越太大

由于目前訂貨突出用戶的個(gè)性需求，訂貨批量小、規(guī)格多，軋制計(jì)劃的編排不能嚴(yán)格按照“棺材”形執(zhí)行，厚度和寬度規(guī)格頻繁改變，如寬度規(guī)格經(jīng)常出現(xiàn)200mm左右的跳躍。由于兩者的軋制力計(jì)算相差很大，模型通過(guò)自學(xué)習(xí)并不能完全調(diào)整，并且調(diào)整的幅度、頻率都收到限制，從而導(dǎo)致頭部或通板命中率降低。針對(duì)這一問(wèn)題，我們制定了軋制計(jì)劃的編排制度，規(guī)定改變厚度規(guī)格的同時(shí)調(diào)整寬度的規(guī)格不能大于4.0mm，寬度跳躍跨度不能大于150mm。這樣有利于厚度控制，并且換規(guī)格時(shí)，板形難以控制，這樣降低因換規(guī)格變化導(dǎo)致的板形無(wú)法控制的幾率。

3.1.3 三座加熱爐交替出鋼，溫度的波動(dòng)導(dǎo)致二級(jí)模型學(xué)習(xí)和調(diào)整受到限制

由于二級(jí)設(shè)定模型中考慮了軋線bar to bar的自學(xué)習(xí)，沒(méi)有針對(duì)不同加熱爐的自學(xué)習(xí)模型，所以加熱溫度不同、板坯的性能狀況不同以及軋制過(guò)程中的寬度、厚度跳躍都對(duì)二級(jí)自學(xué)習(xí)模型非常不利。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們制定了生產(chǎn)過(guò)程的出鋼制度:規(guī)格相同鋼種相同規(guī)格的帶鋼，交替出鋼時(shí)三座加熱爐的出鋼溫度偏差不能大約20℃。不同鋼種不同規(guī)格時(shí)出鋼溫度的目標(biāo)值必須相近，交替出鋼時(shí)執(zhí)行軋制計(jì)劃的編排制度。

3.1.4 模型中的工藝參數(shù)設(shè)定沒(méi)有優(yōu)化，控制參數(shù)沒(méi)有精調(diào)

邯寶熱軋廠的二級(jí)模型中的軋制力公式如下:

式中:Pi——軋制力；

Pi0——第i個(gè)機(jī)架的計(jì)算軋制力；

ZBP——對(duì)上一塊板坯的學(xué)習(xí)值；

ZBPP——對(duì)上一塊板坯的頭部學(xué)習(xí)值；

ZLPH——頭部的厚度學(xué)習(xí)值；

ZLPB——頭部的寬度學(xué)習(xí)值。

從軋制力公式我們可以看出:頭部的學(xué)習(xí)值對(duì)軋制力大小影響較大，相鄰板坯的溫度（包括同加熱爐板坯、不同加熱爐板坯）會(huì)對(duì)之后的帶鋼厚度產(chǎn)生影響，所以模型中軋制力學(xué)習(xí)系數(shù)過(guò)小，造成軋制力設(shè)定存在較大偏差，頭部厚度無(wú)法命中。

在調(diào)試期間，板坯在爐時(shí)間長(zhǎng)，板坯溫度均勻，進(jìn)精軋溫度偏高，可以保證頭部的溫度穩(wěn)定，頭部厚度命中較好隨著生產(chǎn)品種增加和軋制節(jié)奏的加快，板坯的加熱質(zhì)量有所下降，影響了帶鋼頭部的厚度命中。

解決方法:在原來(lái)的基礎(chǔ)上放開了F5、F6、F7的軋制力學(xué)習(xí)系數(shù)上限，改小了軋制力自適應(yīng)平滑系數(shù)，防止學(xué)習(xí)振蕩。同時(shí)，模型技術(shù)人員監(jiān)控軋制力設(shè)定情況，及時(shí)調(diào)整，目的是讓模型計(jì)算的軋制力更貼近實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的軋制力，從而保證了模型精度和頭部厚度命中率。

3.2 通板厚度控制精度的提高

通板厚度控制主要集中在自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)AGC和支承輥的偏心上，AGC系數(shù)調(diào)整穩(wěn)定后，厚度波動(dòng)頻率就會(huì)下降。同時(shí)支承輥偏心補(bǔ)償功能優(yōu)化后，減少了外來(lái)因素引起的波動(dòng)。針對(duì)這些影響厚度精度的因素，我們提出并制定了一些工藝制度，起到了控制厚度精度的作用。

3.2.1 調(diào)試AGC的伺服閥的響應(yīng)時(shí)速度

在現(xiàn)代化的鋼鐵里，僅僅有最先進(jìn)的控制系統(tǒng)還是不夠的，還需要正確設(shè)定參數(shù)，才能真正發(fā)揮一流設(shè)備的最大潛力。通過(guò)調(diào)整AGC伺服閥響應(yīng)時(shí)間、優(yōu)化比例積分系數(shù)，試驗(yàn)的結(jié)果是AGC的伺服閥響應(yīng)時(shí)間在28ms之內(nèi)，滿足生產(chǎn)控制的需要。

3.2.2 AGC 各類功能模塊優(yōu)化、配合

邯鋼熱連軋廠采用支承輥偏心補(bǔ)償 （REC）和鎖定軋機(jī)剛度（MMC）配合使用，在標(biāo)定過(guò)程中測(cè)定支承輥的輥型，通過(guò)壓下補(bǔ)償輥縫的周期變動(dòng)，同時(shí)使用MMC功能，保持機(jī)架壓下系統(tǒng)輥縫穩(wěn)定。通過(guò)實(shí)際測(cè)量，投用REC和MMC功能后，厚度波動(dòng)的峰值降低約20%。下圖為投用前后效果對(duì)比:

圖3 REC功能投用前（厚度高頻波動(dòng)最大值26μm，波動(dòng)周期5m左右）

圖4 REC功能投用后（厚度高頻波動(dòng)最大值21μm，波動(dòng)周期5m左右）

4 結(jié)論

4.1 針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)存在的缺陷，制定正確的工藝制度，減少工藝變動(dòng)對(duì)模型的不利影響。

4.2 通過(guò)對(duì)二級(jí)模型軋制力學(xué)習(xí)值的適當(dāng)調(diào)整，提高了帶鋼頭部命中率，尤其冷軋料（SPHC）的頭部命中率到±50um占88%。

4.3 調(diào)整自動(dòng)厚度控制(AGC)的靈敏度，配合REC和MMC提高了帶鋼全長(zhǎng)的厚度精度，最大波動(dòng)值控制在20μm。

［1］孫一康.帶鋼熱連軋的模型與控制[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2002:105.

［2］袁敏，田勇.1780軋線數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用及優(yōu)化[J].冶金自動(dòng)化,2006（4）:15-19.