卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板控制策略優(yōu)化分析與改進(jìn)

趙磊，劉寧，李文，王克柱

（山鋼股份濟(jì)南分公司熱連軋廠，山東濟(jì)南 250101）

生產(chǎn)技術(shù)

卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板控制策略優(yōu)化分析與改進(jìn)

趙磊，劉寧，李文，王克柱

（山鋼股份濟(jì)南分公司熱連軋廠，山東濟(jì)南 250101）

基于對(duì)濟(jì)鋼1700熱軋帶鋼生產(chǎn)線卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板控制系統(tǒng)的分析，通過對(duì)側(cè)導(dǎo)板平行段進(jìn)行圓弧過渡優(yōu)化和前臺(tái)卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板開口度的合理設(shè)定以及平行度的調(diào)整，避免了卡鋼事故，提高了生產(chǎn)穩(wěn)定性；對(duì)3.5mm厚度以下規(guī)格帶鋼側(cè)導(dǎo)板2次短行程增大25mm，頭部塔形控制良好，因塔形問題產(chǎn)生的次品量減少了80%；對(duì)6.0mm厚度以下規(guī)格帶鋼卷取過程實(shí)施階梯壓力控制，大大降低了側(cè)導(dǎo)板襯板消耗，年降低生產(chǎn)成本百萬元。

卷取機(jī)；側(cè)導(dǎo)板；控制策略；位置控制；壓力控制

1 卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板控制系統(tǒng)及特點(diǎn)

卷取側(cè)導(dǎo)板是保證卷型質(zhì)量的重要設(shè)備，包括喇叭口段及平行段。平行段為懸臂梁式結(jié)構(gòu)，是實(shí)現(xiàn)側(cè)導(dǎo)板功能的關(guān)鍵裝置。側(cè)導(dǎo)板傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)分別傳動(dòng)，每側(cè)機(jī)械同步，兩側(cè)靠伺服閥同步，液壓缸內(nèi)裝有位置傳感器，無級(jí)自動(dòng)調(diào)整開口度。側(cè)導(dǎo)板控制分為位置和壓力兩個(gè)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，由液壓伺服系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。側(cè)導(dǎo)板的傳動(dòng)側(cè)（簡稱DS）只有位置控制，沒有壓力控制；而操作側(cè)（簡稱OS）既有位置控制又有壓力控制。在帶鋼軋制和卷取過程中，兩側(cè)導(dǎo)板共同作用，將輸出輥道上偏離輥道中心的帶鋼頭部平穩(wěn)地引導(dǎo)到卷取機(jī)中心線送入卷取機(jī)，在卷取過程中繼續(xù)對(duì)帶鋼進(jìn)行引導(dǎo)對(duì)中，完成整個(gè)帶鋼卷取過程。

為實(shí)現(xiàn)側(cè)導(dǎo)板對(duì)鋼卷塔形的控制，要求其控制過程快速、穩(wěn)定。側(cè)導(dǎo)板動(dòng)作響應(yīng)慢，將造成較大的頭部塔形；動(dòng)作不穩(wěn)定，造成動(dòng)作超調(diào)，容易將帶鋼夾鼓，嚴(yán)重者會(huì)引起堆鋼或者損傷帶鋼邊部。鋼種不同、寬度不同、側(cè)導(dǎo)板短行程不同［1］，對(duì)卷取帶鋼的卷型有直接影響，其工作狀況不良會(huì)產(chǎn)生卡鋼、松卷、塔形卷等。

2 控制系統(tǒng)缺陷及原因分析

卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板自動(dòng)控制模式是位置控制和壓力控制交替進(jìn)行［2］，具體如下：

1）精軋F(tuán)2咬鋼時(shí)開始側(cè)導(dǎo)板開口度的初始設(shè)置。其開口度（W0）為：帶鋼寬度（W）＋余量（D）＋第1次短行程量（A）＋第2次短行程量（B）。其中D＝20mm，A＋B＝100mm。

2）當(dāng)帶鋼頭部剛進(jìn)入側(cè)導(dǎo)板區(qū)域后，1次短行程立即執(zhí)行，兩側(cè)側(cè)導(dǎo)板同時(shí)向內(nèi)閉合A/2，對(duì)帶鋼頭部進(jìn)行第1次導(dǎo)向。

3）在帶鋼頭部快要進(jìn)入夾送輥前，執(zhí)行第2次短行程，傳動(dòng)側(cè)側(cè)導(dǎo)板向內(nèi)閉合B1，操作側(cè)側(cè)導(dǎo)板向內(nèi)閉合B2（B＝B1＋B2，B2＞B1），對(duì)帶鋼頭部進(jìn)行第2次導(dǎo)向。

4）之后操作側(cè)側(cè)導(dǎo)板控制方式由自動(dòng)位置控制轉(zhuǎn)換為自動(dòng)壓力控制，傳動(dòng)側(cè)側(cè)導(dǎo)板保持不動(dòng)，操作側(cè)側(cè)導(dǎo)板以恒定的壓力靠近并接觸帶鋼，對(duì)帶鋼起到對(duì)中和夾持作用。

5）在后臺(tái)卷取機(jī)進(jìn)行卷取時(shí)，前臺(tái)卷取機(jī)不參與控制。

卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板在使用過程中存在一定缺陷：

1）側(cè)導(dǎo)板喇叭口段和平行度段接觸處易造成卡鋼事故。卷取機(jī)前側(cè)導(dǎo)板喇叭口段和平行度段接觸處為直角過渡，卷取機(jī)卷鋼時(shí)，一旦出現(xiàn)平線段側(cè)導(dǎo)板安裝精度不夠，或當(dāng)帶鋼頭部到達(dá)卷取機(jī)前喇叭口段與平行段交界處時(shí)恰逢側(cè)導(dǎo)板執(zhí)行1次短行程，尤其是遇到帶鋼頭部鐮刀彎，極易造成帶鋼頭部撞擊側(cè)導(dǎo)板卡鋼事故。

2）前后兩臺(tái)卷取機(jī)過渡處易出現(xiàn)卡鋼事故。后臺(tái)卷取機(jī)卷鋼時(shí)，前后卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板的開口度一致，但前后側(cè)導(dǎo)板中間在前臺(tái)卷取機(jī)夾送輥處分隔，帶鋼頭部鐮刀彎通過前臺(tái)卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板的束縛后，向鐮刀彎一側(cè)擺動(dòng)，如果恰好后臺(tái)側(cè)導(dǎo)板進(jìn)行短行程夾緊動(dòng)作，使帶鋼頭部撞擊后臺(tái)卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板，帶鋼頭部鉆入后臺(tái)卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板與輥道間縫隙，造成卡鋼事故。

3）2次短行程后側(cè)導(dǎo)板與帶鋼邊部余量大，鋼卷頭部塔形嚴(yán)重。2次短行程量設(shè)定過小，達(dá)不到側(cè)導(dǎo)板對(duì)帶鋼頭部糾正的最佳效果。帶鋼頭部進(jìn)入夾送輥后，側(cè)導(dǎo)板執(zhí)行2次短行程，此時(shí)側(cè)導(dǎo)板與帶鋼的距離余量較大，操作側(cè)側(cè)導(dǎo)板以較慢的速度對(duì)帶鋼頭部進(jìn)行夾持，逐漸實(shí)現(xiàn)壓力控制，約需10 s方可實(shí)現(xiàn)對(duì)帶鋼的穩(wěn)定壓力夾持。在軋制薄規(guī)格帶鋼時(shí)，帶鋼到達(dá)卷取機(jī)時(shí)速度可達(dá)8～10 m/s，即在操作側(cè)側(cè)導(dǎo)板貼近帶鋼的10 s時(shí)間內(nèi)，帶鋼未得到有效的對(duì)中和夾持作用，使鋼卷產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的頭部塔形；且當(dāng)側(cè)導(dǎo)板以壓力控制夾持到帶鋼后，將后序帶鋼進(jìn)行強(qiáng)制糾偏，使帶鋼偏離中心線，加劇了塔形程度。

4）薄規(guī)格帶鋼卷取時(shí)側(cè)導(dǎo)板襯板磨損嚴(yán)重，襯板消耗增加。卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板在引導(dǎo)帶鋼過程中，頻繁與帶鋼邊部接觸，磨損嚴(yán)重，形成溝槽。為此，在側(cè)導(dǎo)板與帶鋼接觸面上安裝了可更換的襯板，在帶鋼頭部進(jìn)入卷取機(jī)后，側(cè)導(dǎo)板實(shí)現(xiàn)壓力控制后磨損即開始，帶鋼越薄，與側(cè)導(dǎo)板的接觸面越小，同等壓力狀態(tài)下側(cè)導(dǎo)板襯板越容易磨損，且薄規(guī)格帶鋼單卷長度較長，襯板磨損嚴(yán)重。

現(xiàn)場調(diào)研分析認(rèn)為有兩方面原因：一方面，兩側(cè)側(cè)導(dǎo)板不完全平行于軋制中心線，操作側(cè)入口側(cè)距離軋制中心線比出口側(cè)大15mm，傳動(dòng)側(cè)入口側(cè)比出口側(cè)小12mm，造成側(cè)導(dǎo)板整體上和帶鋼接觸并不完全，受力也不均勻，傳動(dòng)側(cè)入口區(qū)域和操作側(cè)出口區(qū)域磨損極為嚴(yán)重。另一方面，在帶鋼卷取過程中，側(cè)導(dǎo)板始終以恒定壓力進(jìn)行夾持帶鋼。實(shí)際上在薄規(guī)格帶鋼穩(wěn)定卷取階段，張力穩(wěn)定，側(cè)導(dǎo)板只需較小的作用力就可將帶鋼夾持住，恒定的側(cè)導(dǎo)板壓力造成夾持力的浪費(fèi)和襯板消耗的增加。

3 控制策略優(yōu)化改進(jìn)措施

3.1 優(yōu)化平行段側(cè)導(dǎo)板結(jié)構(gòu)及程序

為避免帶鋼頭部在側(cè)導(dǎo)板喇叭口段與平行段接觸處卡鋼，一方面對(duì)平行段側(cè)導(dǎo)板本體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，將側(cè)導(dǎo)板直角過渡改為圓弧過渡，使帶鋼頭部在喇叭口段和平行段處進(jìn)行平滑過渡；另一方面，在程序上對(duì)側(cè)導(dǎo)板1次短行程進(jìn)行適當(dāng)延時(shí)，即使帶鋼頭部通過喇叭口段和平行段接觸位置后，側(cè)導(dǎo)板再進(jìn)行1次短行程動(dòng)作。

3.2 合理設(shè)置前后側(cè)導(dǎo)板開口度

為避免鐮刀彎帶鋼撞后臺(tái)側(cè)導(dǎo)板卡鋼問題，使前臺(tái)側(cè)導(dǎo)板先進(jìn)行1次短行程，對(duì)頭偏的帶鋼進(jìn)行一定的糾正。2#卷取機(jī)卷?。簬т擃^部到達(dá)1#卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板區(qū)域時(shí)，1#卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板執(zhí)行1次短行程動(dòng)作，兩側(cè)均向里夾持20mm。3#卷取機(jī)卷?。簬т擃^部到達(dá)1#卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板區(qū)域時(shí)，1#卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板執(zhí)行1次短行程動(dòng)作，兩側(cè)均向里夾持20mm。帶鋼頭部到達(dá)2#卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板區(qū)域時(shí)，2#卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板執(zhí)行1次短行程動(dòng)作，兩側(cè)均向里夾持10mm。

3.3 增大側(cè)導(dǎo)板2次短行程

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年次品帶鋼12 043.42 t，因塔形原因判次2 401.16 t，其中3.5mm厚度以下規(guī)格共有1 113.81 t，占46.4%。2012年因塔形判次的鋼卷中，3.5mm厚度以下規(guī)格占47.6%?？梢姳∫?guī)格產(chǎn)品出現(xiàn)塔形的概率較大。通過分析可知這些次品多數(shù)由側(cè)導(dǎo)板2次短行程量過小造成。為有效減免此類次品的產(chǎn)生，對(duì)3.5mm厚度以下帶鋼卷取時(shí)卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板2次短行程進(jìn)行優(yōu)化。

側(cè)導(dǎo)板在行走完第2次短行程后與帶鋼距離（D）為30mm左右，加上帶鋼都帶有一定程度的鐮刀彎，因此2次短行程增大調(diào)整量不能超過30mm。為確?，F(xiàn)場生產(chǎn)穩(wěn)定，將調(diào)整量設(shè)定為4個(gè)等級(jí)，即15、20、25、30mm。通過逐步試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)2次短行程增加量為25mm時(shí)側(cè)導(dǎo)板在走完第2次短行程后基本接觸帶鋼，需要較短時(shí)間可實(shí)現(xiàn)恒定壓力控制，對(duì)帶鋼頭部塔形的改善有一定效果；2次短行程增加量為30mm時(shí)，側(cè)導(dǎo)板直接將帶鋼夾持至稍微鼓起的理想狀態(tài)，頭部塔形得到了明顯改善［3］。為保障生產(chǎn)穩(wěn)定，綜合考慮，最終確定側(cè)導(dǎo)板2次短行程量增大25mm。優(yōu)化前后側(cè)導(dǎo)板短行程控制見圖1。

圖1 優(yōu)化前后側(cè)導(dǎo)板2次短行程控制示意圖

3.4 改造側(cè)導(dǎo)板平行度

由于側(cè)導(dǎo)板平行度超標(biāo)，造成側(cè)導(dǎo)板磨損不均，磨損加快，更換頻繁，成本增加，同時(shí)也造成了卷取卷型的異常，在F6拋鋼后，容易造成塔形。針對(duì)這一現(xiàn)象，將2#卷取機(jī)平行段操作側(cè)側(cè)導(dǎo)板入口前移1個(gè)齒距，傳動(dòng)側(cè)側(cè)導(dǎo)板出口前移1個(gè)齒距。1個(gè)齒距為13.5mm，保證了側(cè)導(dǎo)板的平行度。

3.5 優(yōu)化側(cè)導(dǎo)板壓力控制

根據(jù)卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板控制現(xiàn)狀，提出對(duì)側(cè)導(dǎo)板壓力進(jìn)行階梯控制，即對(duì)厚度6.0mm以下帶鋼卷取過程側(cè)導(dǎo)板壓力進(jìn)行優(yōu)化，采取卷鋼過程中的分段壓力控制。

第1階段，頭部卷取—張力未建立階段。側(cè)導(dǎo)板走完兩次短行程后，操作側(cè)側(cè)導(dǎo)板逐漸再次向里行走，直到接觸帶鋼實(shí)現(xiàn)恒定壓力控制。

第2階段，帶鋼進(jìn)入穩(wěn)定卷取—張力卷取階段。側(cè)導(dǎo)板只需要保證跟帶鋼之間無間隙，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（降低20%～30%）。

第3階段，精軋拋鋼后，張力基本存在于夾送輥與卷筒中間，輥道只是起到拖拽的作用，此時(shí)帶鋼最容易出現(xiàn)跑偏。由于在F6拋鋼的瞬間，卷取機(jī)有一個(gè)瞬間張力失去又重新建立的過程，所以在F6拋鋼之前（F4拋鋼）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)致卷形不良。

因每月生產(chǎn)品種結(jié)構(gòu)不固定，篩選產(chǎn)量、薄規(guī)格帶鋼比例相近月份生產(chǎn)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，側(cè)導(dǎo)板壓力控制改進(jìn)前后薄規(guī)格比例及襯板消耗如表1所示。表1結(jié)果表明，在薄規(guī)格比例相近的情況下，萬t鋼襯板消耗平均由3.88 t降為2.92 t。

表1 側(cè)導(dǎo)板壓力控制改進(jìn)前后薄規(guī)格比例及襯板消耗

4 改進(jìn)效果

通過對(duì)側(cè)導(dǎo)板喇叭口與平行段接觸處圓弧過渡改造、一次短行程延時(shí)和前后側(cè)導(dǎo)板開口度優(yōu)化，提高了現(xiàn)場生產(chǎn)穩(wěn)定性；對(duì)側(cè)導(dǎo)板二次短行程的優(yōu)化，目標(biāo)頭部塔形控制在30mm內(nèi)，薄規(guī)格帶鋼卷取機(jī)因造成的塔形改判率由原來的0.6%降低到0.12%，薄規(guī)格帶鋼卷取塔形問題產(chǎn)生次品量減少80%。通過對(duì)6.0mm以下薄規(guī)格卷取時(shí)側(cè)導(dǎo)板壓力控制優(yōu)化，大大降低了側(cè)導(dǎo)板襯板消耗。萬t鋼側(cè)導(dǎo)板襯板平均消耗約2.91套，比改進(jìn)前同等產(chǎn)量、相近薄規(guī)格比例時(shí)側(cè)導(dǎo)板襯板消耗降低0.72套/萬t，全年共節(jié)約襯板48套，降低生產(chǎn)成本103.35萬元。

［1］于千，楊健，余威，等.熱軋帶鋼卷取塔形產(chǎn)生原因及防范措施［J］.軋鋼，2007，24（3）：59-60.

［2］單傳東.卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板控制策略優(yōu)化［J］.軋鋼，2010，27（4）：50-53．

［3］劉洋，曾義斌，嚴(yán)開勇，等.卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板系統(tǒng)的優(yōu)化［J］.武鋼技術(shù)，2012，50（5）：29-30.

Optimization Analysisand Improvement of Control Strategy of theCoiler’sSide GuideSystem

ZHAO Lei,LIU Ning,LI Wen,WANG Kezhu
（The Hot Continuous Rolling Plant of Jinan Branch Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

Based on the analysis of the side guide control system of 1 700mm hot strip rolling mill in Jinan Steel,through the arc transition optimization of the parallel side guide,the reasonable setting of front side guide and the transforming of the side guide ruler parallelism of the coiler,the steel block accident was avoided and the stability of the production was improved.By increasing 25mm on the side guide secondary short stroke while the thickness of the strip steel below 3.5mm,the head of the strip steel and the head telescoping are well control,the defective products due to telescoping decreases eighty percent.By implementation of ladder pressure control while the thickness of the strip steel below 6.0mm,the consumption of the side guide plate is greatly reduced,and the cost of the production reduces one million Yuan each year.

coiler;side guide;control strategy;position control;pressure control

TG333.2+4

B

1004-4620（2014）04-0021-03

2014-02-26

趙磊，男，1985年生，2010年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料成型及控制工程專業(yè)，雙學(xué)士。現(xiàn)為山鋼股份濟(jì)南分公司熱連軋廠助理工程師，從事熱軋帶鋼卷取工藝控制及優(yōu)化工作。