國豐1450熱軋過程控制的優(yōu)化

鄭紅雨，李 寧，孫建民

1 前言

典型的自動化系統(tǒng)是由基礎(chǔ)控制級、過程控制級和生產(chǎn)控制級組成。其中過程控制的精度對帶鋼的質(zhì)量來說尤為重要。唐山國豐鋼鐵公司1450熱軋生產(chǎn)線的流程為：加熱爐—粗軋—熱卷箱—飛剪—除鱗箱—精軋—層流冷卻—卷取。生產(chǎn)線存在帶鋼的厚度、寬度偏差過大，模型的一些控制參數(shù)不適合目前的軋制情況，造成穿帶過程不穩(wěn)定等現(xiàn)象。從現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、模型參數(shù)、原始數(shù)據(jù)等方面進行分析研究，并采取相應(yīng)的控制措施，問題得到了解決，系統(tǒng)運行良好能夠滿足絕大多數(shù)鋼種的軋制要求。

2 影響過程控制精度的因素及措施

過程控制（也叫做二級過程自動化，簡稱二級）的主要任務(wù)是前期計算，也就是在帶鋼穿帶前進行計算，計算的主要內(nèi)容包括輥縫和速度。二級包含很多數(shù)學(xué)模型，計算過程就是通過這些模型完成的，一根鋼在軋制之前經(jīng)過二級計算，之后將設(shè)定參數(shù)發(fā)送到一級（基礎(chǔ)控制級），設(shè)備進行預(yù)擺位，穿帶后交給一級控制。一級把儀表實測的數(shù)據(jù)不斷發(fā)送到二級，二級利用實測值進行自學(xué)習(xí)，不斷提高模型計算精度。對影響二級控制精度的因素分別進行了分析研究。

2.1 儀表誤差

2.1.1 粗軋高溫計

溫度是二級計算過程的一個重要參數(shù)，對帶鋼厚度的命中以及穿帶速度的影響非常大。溫度不準確會造成厚度波動嚴重、穿帶速度不穩(wěn)定，造成二級品甚至廢鋼。溫度是由安裝在粗軋出口處的高溫計檢測來的，高溫計采集中間坯通條溫度數(shù)據(jù)并發(fā)送給二級，溫度數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后會參與到輥縫與軋制力的計算中。當高溫計出現(xiàn)誤差過大時，測量的溫度就不準確，嚴重偏離實際溫度，造成計算結(jié)果不準確，影響成品質(zhì)量。

通過實踐分析，發(fā)現(xiàn)造成儀表測量誤差的因素主要有氧化鐵皮大量堆積、高溫水汽、設(shè)備故障。氧化鐵造成中間坯表面“黑印”，坯料通長溫度不均［1］；水汽會造成溫度上下波動，溫度均勻性差；設(shè)備失靈造成高溫計不測，采集不到溫度數(shù)據(jù)。

采取的主要措施：及時清理氧化鐵，防止其影響溫度檢測；在高溫計附近添加空氣吹掃裝置，降低水汽的影響；在粗軋出口另一側(cè)安裝備用高溫計，代替出故障的高溫計。改善后的溫度通條溫差在50℃以內(nèi)，頭部厚度偏差明顯減小，頭部終軋溫度控制到正負15℃，較之前有很大提高。

2.1.2 測寬儀

熱軋薄板廠使用的是連鑄坯，帶鋼在精軋區(qū)域速度快、溫降大，寬度很難控制，寬度控制主要是通過調(diào)節(jié)粗軋區(qū)立輥壓下量［2］。寬度的控制也就是對寬展的控制，寬度數(shù)據(jù)的采集是軋機出口的測寬儀完成的。原測寬儀壽命到期后，安裝新測寬儀，由于設(shè)備誤差，二者的熱收縮系數(shù)不一樣。如果不及時修改，會造成寬展計算誤差偏大，寬度不穩(wěn)定。

采取的主要措施：限制立輥最大壓下量，防止寬度超差；多次人工測量實際寬度，計算出熱收縮系數(shù)，在數(shù)據(jù)庫中進行修正。

更換后的測寬儀偏差從3 mm減小到0.5 mm，沒有出現(xiàn)因此造成的寬度非計劃品。

2.2 熱軋模型

熱軋模型是熱軋過程控制的核心部分，包括物理模型和修正模型。物理模型是用理論公式，例如軋制力公式、寬展公式、輥縫、彈跳方程等建立起的數(shù)學(xué)模型。修正模型就是自適應(yīng)，其任務(wù)是減少外界原因?qū)е碌挠嬎闫?，提高模型計算的精度。計算精度對帶鋼的厚度以及軋制穩(wěn)定性至關(guān)重要。

2.2.1 負荷分配

軋機輥縫的設(shè)定值是影響厚度的首要因素。輥縫的計算精度不僅影響帶鋼的幾何尺寸，而且決定了帶材能否穩(wěn)定順利地通過軋機。因此輥縫及轉(zhuǎn)速設(shè)定是精軋機的核心控制參數(shù)。運用先進的控制技術(shù)，確定軋制模型的形式及其控制參數(shù)，不斷地提高輥縫精度，是熱軋模型的重要內(nèi)容［3］。

負荷分配模式有4種：相對軋制力、相對壓下率、絕對軋制力和絕對壓下率模式。負荷值是操作人員根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗設(shè)定的。負荷分配系數(shù)存儲在模型的數(shù)據(jù)文件中。操作人員可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇模式，也可以對負荷分配值進行修改。相對和絕對模式可以混合使用，可以全部選擇相對模式，但是不能全選絕對模式；不能壓下率和軋制力交叉使用［4］。不同模式下厚度計算方式不一樣。

粗軋的總壓下量很大，為130 mm左右，如果控制不好負荷容易造成打滑廢鋼［5］。由于粗軋板坯厚、溫度較高、溫降較慢，根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，軋制模式采用的是相對壓下率。所以各道次壓下量比較穩(wěn)定，能有效減少打滑現(xiàn)象。在精軋區(qū)由于軋機多、總壓下來較小，因此選擇相對軋制力模式比較穩(wěn)定。根據(jù)不同的鋼種和厚度，制定了相應(yīng)負荷分配策略，保證了厚度精度和軋制穩(wěn)定性。

2.2.2 模型參數(shù)的修改

熱軋模型程序采用C++語言，程序龐大和復(fù)雜，多年來不斷修改和更新，各個子程序之間相互引用，如果不是十分精通，盡量不要修改源代碼?？梢酝ㄟ^修改一些控制參數(shù)和極限值來調(diào)整模型計算精度。這些參數(shù)都存儲在數(shù)據(jù)庫中，必要時可以修改，但前提是熟悉這些參數(shù)的含義。部分控制參數(shù)為：最大軋制力，繼承權(quán)重，粗軋出口厚度，最大壓下率，輥縫修正，最大軋制力矩，秒流量。

模型最初始的參數(shù)無法滿足現(xiàn)在的生產(chǎn)需求，因此對部分參數(shù)進行了調(diào)整。1）精軋最大出口速度設(shè)定為11 m/s，保證了穿帶穩(wěn)定性。2）短繼承權(quán)重值改為1.2，使自學(xué)習(xí)更加平穩(wěn)。3）中間坯最小厚度設(shè)定為15 mm，粗軋軋制中板時模型不再報警。4）精軋最大壓下率設(shè)定50%，防止壓下率大，造成打滑。5）精軋最大軋制力設(shè)定35 000 kN，防止軋制力過大，保護設(shè)備。

精軋在長繼承和短繼承開關(guān)同時打開時，模型會計算每根鋼的權(quán)值，超過此值使用長繼承，小于此值則使用短繼承軋制。在實際軋制過程中，發(fā)現(xiàn)使用默認值權(quán)重不準確，原來的數(shù)值偏大，軋制力和輥縫預(yù)報不準確。

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，現(xiàn)在設(shè)定總權(quán)重值I為1.2，a為厚度差權(quán)重1 250，b為寬度差權(quán)重2.5，c為溫度差權(quán)重0.033，有效時間1 500 s。其中權(quán)重值是兩塊鋼厚度差、寬度差和終軋溫度差的函數(shù)，公式為：

式中：ΔH為厚度差，mm；ΔW 為寬度差，mm；ΔT為終軋溫度差。

2.3 其他原因

2.3.1 板坯尺寸

板坯幾何尺寸包括長度、厚度和寬度，是模型計算的原始數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)來自連鑄車間的數(shù)據(jù)庫，連鑄的原始數(shù)據(jù)具有最高的優(yōu)先級，即模型最先使用連鑄的原始數(shù)據(jù)。由于連鑄車間程序設(shè)計不合理，有時候出現(xiàn)實際數(shù)據(jù)與設(shè)定值不符。例如板坯設(shè)定寬度是1 020 mm，但連鑄返回的數(shù)據(jù)是1 030 mm，寬度偏差較大，造成寬展計算異常，寬度會出現(xiàn)較大波動。如果每根鋼都核對數(shù)據(jù)，非常繁瑣，為此開發(fā)了寬度報警程序。當寬度設(shè)定值與原始數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差＞5 mm時，會報警提示操作人員。

2.3.2 軋輥直徑

每次換輥生產(chǎn)人員會在操作界面輸入軋輥數(shù)據(jù)，其中最重要的一項就是軋輥直徑。軋輥直徑不僅直接參與軋制力的計算，影響輥縫，還會影響軋線標高，標定零點的計算。軋輥直徑輸入錯誤不僅影響厚度，還有造成穿帶不穩(wěn)定，甚至廢鋼。為防止數(shù)據(jù)輸入錯誤，按照工藝要求在數(shù)據(jù)庫中設(shè)置了直徑的范圍，例如精軋工作輥直徑范圍是690～760 mm，上輥和下輥偏差≯0.3 mm，超出此范圍則無法輸入，有效防止了人為輸入錯誤。

3 結(jié)語

通過對儀表誤差、熱軋模型和原始數(shù)據(jù)等方面的分析，并制定相關(guān)的解決方案，結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)實踐，驗證各個方案均可行。帶鋼的幾何尺寸和終軋溫度精度都得到了較大提高，穿帶過程中起套和拉鋼現(xiàn)象也有了較大的緩解，因此造成的非計劃品和二級品降低了80%。

參考文獻：

［1］ 張杰，黃爽,唐勤，等.1580熱軋鋼帶寬度控制方法研究［J］.河北冶金，2012（6）：18-20.

［2］ 李學(xué)通，杜鳳山，孫登月，等.熱軋帶鋼粗軋區(qū)軋制寬展模型的研究［J］.鋼鐵，2005，40（6）：44.

［3］ 趙剛，楊永利.軋制過程的計算機控制系統(tǒng)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

［4］ 張進之.熱連軋機負荷分配方法的分析和綜述［J］.寬厚板，2004，10（3）：15.

［5］ 馬永樂，師可新，齊社興，等.1580熱連軋機打滑原因及解決措施［J］.河北冶金，2017（10）：65-68.