冷軋軋機動態(tài)變規(guī)格控制及應(yīng)用研究

吳雄杰

（湖南華菱漣源鋼鐵有限公司冷軋板廠，湖南 婁底 417009）

動態(tài)變規(guī)格（英文：flying gauge change,簡稱FGC，）是為了解決焊縫前后兩卷鋼的熱軋來料卷不同的寬度、厚度、屈服強度等工藝參數(shù)變化所采取的不停機連續(xù)軋制模式，是全連續(xù)冷連軋或酸洗—軋機連軋機組所特有的功能，是冷連軋機實現(xiàn)全連續(xù)軋制的核心技術(shù)；在焊縫進入機架之前，必須確定楔形開始的確切位置及楔形過渡段的主要參數(shù)，制定動態(tài)變規(guī)格時每個機架的厚度、速度、張力等參數(shù)的調(diào)整設(shè)定值，當焊縫到每一個機架時，每一個機架按相應(yīng)的計算值調(diào)整該機架的輥縫、速度、張力等，并同時對上游機架與下游機架進行級聯(lián)調(diào)整，以保證前后機架輥縫與輥速同步，直到所有機架執(zhí)行完畢，即完成一次FGC動態(tài)變規(guī)格，機架內(nèi)不同規(guī)格的帶鋼完成一次不停機自動切換。

1 動態(tài)變規(guī)格的逆流調(diào)節(jié)過程（圖1）

當變規(guī)格點到達i機架時，一方面要對Ci機架的輥縫進行調(diào)節(jié)以適應(yīng)本機架出口B材（帶頭新材）的厚度要求，另一方面要對本機架的速度進行調(diào)節(jié)以保持Ci與Ci+1機架間的張力穩(wěn)定，同時在Ci機架FGC時，通過輥縫值計算直接對前一機架Ci-1的輥縫（張力調(diào)節(jié)由于本冷軋采用動態(tài)變規(guī)格輥縫調(diào)節(jié)量一次性地從二級機下發(fā)到一級機執(zhí)行，調(diào)節(jié)量比較大，速度調(diào)節(jié)張力能力有限，張力調(diào)節(jié)主要采用調(diào)節(jié)能力大的輥縫調(diào)節(jié)方式，當然速度調(diào)節(jié)也起作用）進行調(diào)節(jié)，以維持Ci與Ci-1機架間張力穩(wěn)定，另一方面通過張力控制要調(diào)節(jié)Ci-1機架到C1機架的速度，以保持C1機架到Ci-1機架間的張力維持穩(wěn)定，Ci機架之后的機架軋制不受影響，維護原來的A材（老材帶尾）正常軋制。

具體地說，第一機架C1比較特殊，因為前面沒有機架可調(diào)，當變規(guī)格調(diào)節(jié)C1機架輥縫時，只能調(diào)節(jié)自己本身C1機架的速度，以維持C1-C2間張力穩(wěn)定，也即當變規(guī)格點進入C1機架時，變更C1的輥縫滿足B材的厚度，同時調(diào)節(jié)C1的速度以維持C1-C2間張力不變（A材張力設(shè)定值），同時C2-C5間各機架軋制過程不受到干擾，保持A材能夠繼續(xù)維持穩(wěn)定軋制使其尾部質(zhì)量得到保證。

當變規(guī)格點進入C2時，對C2輥縫按B材規(guī)范設(shè)定，通過輥縫值計算直接對前一機架C1的輥縫進行調(diào)節(jié)，以維持C2與C1機架間張力穩(wěn)定，C2機架之后的機架軋制不受影響，維護原來的A材正常軋制。當變規(guī)格點進入C3時，一方面要對C3機架的輥縫進行調(diào)節(jié)，同時在C3機架FGC時，通過輥縫值計算直接對前一機架C2的輥縫進行調(diào)節(jié)，以維持C3與C2機架間張力穩(wěn)定，另一方面通過張力控制要調(diào)節(jié)C3機架到C1機架的速度，以保持C1機架到C3機架間的張力維持穩(wěn)定，C3機架之后的機架軋制不受影響，維護原來的A材正常軋制，以后機架依此類推[1]。

2 動態(tài)變規(guī)格時的控制規(guī)律

2.1 厚度控制規(guī)律

由于動態(tài)變規(guī)格時自動厚度控制是不參與控制的，在動態(tài)變規(guī)格期間輥縫調(diào)節(jié)由動態(tài)變規(guī)格所控制，輥縫調(diào)節(jié)完全由二級機根據(jù)動態(tài)變規(guī)格前后二個品規(guī)的計算值一次性地下發(fā)一級機執(zhí)行。

2.2 速度控制規(guī)律

動態(tài)變規(guī)格的速度控制比厚度控制困難很多，因為速度控制規(guī)律既要能使A材速度設(shè)定值過渡到B材該機架的速度設(shè)定值，又要在變動設(shè)定值過程中照顧到張力的動態(tài)變化。所謂張力的動態(tài)變化既包括了A材和B材張力設(shè)定值的不同，又包括了由于速度變化不當所造成的不應(yīng)有的張力波動，動態(tài)變規(guī)格的成敗很大程度上決定于是否張力波動太大而造成斷帶，只有在不斷帶的條件下才能進一步考核楔形區(qū)兩側(cè)（A材帶尾及B材帶頭）的厚度之差是否超過精度范圍以及超差的帶材長度。

動態(tài)變規(guī)格時張力設(shè)定值的變動是通過速度控制來實現(xiàn)的，因此當楔形區(qū)處于Ci及Ci+1機架時，Ci+1機架到C5機架軋制的為A材，并通過Ci機架的調(diào)速保證Ci機架到Ci+1機架間張力依然為A材的設(shè)定值，軋制過程中處于穩(wěn)定狀態(tài)（逆流調(diào)節(jié)不對下流機架調(diào)整），所以Ci+1機架到C5機架間張力的閉環(huán)控制還是應(yīng)該用于控制下一機架的壓下。而C1到Ci機架則由于要不斷的調(diào)速，通過速度來建立B材所需的張力，因此張力閉環(huán)控制應(yīng)該用于上一機架的速度，否則在張力建立過程中，一旦張力有所波動將會影響到下一機架的出口速度，使B材頭部有相當一段帶鋼厚度超差。當楔形區(qū)通過C5，而5個機架全部軋制B材并且張力已建立之后，再將張力閉環(huán)控制切換為下一機架壓下控制[2]。

圖1 逆流調(diào)節(jié)示意圖

圖2 第i機架變規(guī)格時控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 動態(tài)變規(guī)格的控制結(jié)構(gòu)圖（圖2）

在逆流調(diào)節(jié)方式下，當?shù)趇機架開始變規(guī)格時，為了不影響下游機架的穩(wěn)定軋制狀態(tài)，保證前帶鋼尾部的產(chǎn)品質(zhì)量，需要保持該機架的前張力穩(wěn)定不變。，同時為了保證后帶鋼頭部厚度精度，需要保證該機架的后張力變化為新規(guī)格設(shè)定值，同時要調(diào)節(jié)本機架的出口厚度使之過渡到新的設(shè)定值。各個機架在變規(guī)格時，如果能將其出口厚度和前后張力三個量控制好，就能夠獲得滿意的變規(guī)格過程。出口厚度的控制可通過調(diào)節(jié)變規(guī)格機架的輥縫來實現(xiàn)，前張力通過調(diào)節(jié)本機架的速度來進行控制，后張力通過調(diào)節(jié)前一機架的輥縫來控制。因此前張力的控制變量應(yīng)該用本機架的軋輥速度，而后張力的調(diào)節(jié)變量用的是上一機架的輥縫。

4 動態(tài)變規(guī)格時的速度、張力、輥縫等各參數(shù)的關(guān)系

動態(tài)變規(guī)格軋制（FGC）時，機組內(nèi)存在兩種規(guī)格及二者間楔形區(qū)，楔形區(qū)從一個機架一個機架的前移，而各機架亦隨著變規(guī)格點（楔形過渡區(qū)的起始點）的到達進行輥縫和速度的調(diào)節(jié)，并改變張力設(shè)定值。

當從第一個軋制規(guī)格動態(tài)切換到第二個軋制規(guī)格時，厚度變化點（通常是焊點）到達1#機架，1#機架的輥縫位置根據(jù)前后二個規(guī)格二級機所計算的給定值進行相應(yīng)的調(diào)整，以便獲得與第二個軋制規(guī)格一致的帶鋼厚度；同時，1#機架的軋制速度也要相應(yīng)調(diào)整，以保證1#、2#機架之間的帶鋼張力穩(wěn)定。然后，當厚度變化點來到2#機架，2#機架的輥縫位置和機架速度按1#機架同樣的方式調(diào)整。為了將1#、2#機架間的帶鋼張力變成與第二個軋制規(guī)格對應(yīng)的帶鋼張力，1#機架的輥縫位置和機架速度，也要進行相應(yīng)的調(diào)整；同樣，當厚度變化點來到3#機架，3#機架的輥縫位置和速度也要相應(yīng)調(diào)整，2#機架的輥縫位置和速度也相應(yīng)調(diào)整；隨著2#機架速度變化，為了保持1#、2#機架間帶鋼張力穩(wěn)定，1#機架速度將連續(xù)調(diào)整，下面的機架按同樣的方式進行控制[3]。

各機架速度、厚度、前滑三者之間的關(guān)系如下：

i-2機架FGC瞬時狀態(tài)：

i-1機架FGC瞬時狀態(tài)：

i機架FGC瞬時狀態(tài)：

5 動態(tài)變規(guī)格控制應(yīng)用改進

5.1 動態(tài)變規(guī)格控制應(yīng)用改進緣由

（1）來料厚度的波動。由于熱軋頭尾控制精度一般情況下要差很多，從而導(dǎo)致冷軋來料的頭尾時厚時薄，本來動態(tài)變規(guī)格時輥縫控制就是二級機根據(jù)前后二種規(guī)格給的計算值，與實際情況的偏差就大，從而導(dǎo)致動態(tài)變規(guī)格時厚度控制效果就更差，鋼卷帶頭厚度超差長度很長。

（2）厚度變化點即焊點跟蹤不準。由于軋機入口前用于焊點跟蹤計算用的6#張力輥輥徑變化或6#張力輥帶鋼打滑、軋機本身輥子打滑等原因引起的焊點到每一個機架的時間不準，某一軋機本來應(yīng)該是前一鋼卷的實際厚度的，卻變成了后一鋼卷的實際厚度，或者本來應(yīng)該是后一鋼卷的實際厚度的，卻變成了前一鋼卷的實際厚度（實際跟蹤曲線顯示這樣的幾率非常高），動態(tài)變規(guī)格的厚度控制效果很差，動態(tài)變規(guī)格完成時厚度超差很大，使動態(tài)變規(guī)格之后自動厚度控制調(diào)節(jié)輥縫的時間很長，從而導(dǎo)致鋼卷帶頭厚度超差非常長。

5.2 動態(tài)變規(guī)格控制改進措施

以1#機架出口測厚儀測量厚度為基準值，在動態(tài)變規(guī)格時對1#機架后的每一個機架按對應(yīng)機架的軋機模數(shù)、延伸率等參數(shù)相關(guān)的函數(shù)關(guān)系增加一個補償量，在對應(yīng)的機架動態(tài)變規(guī)格時，此補償量參與機架本身的輥縫控制，為了保持前后機架一致，也象正常的動態(tài)變規(guī)格控制一樣，此補償量根據(jù)前一機架的軋機模數(shù)、延伸率等參數(shù)相關(guān)的函數(shù)關(guān)系給前一機架相應(yīng)的補償量，來控制前一機架的輥縫，以此達到動態(tài)變規(guī)格時每一機架都減小厚度偏差，縮短整個動態(tài)變規(guī)格的厚度超差長度的目的。

具體的參數(shù)涉及核心技術(shù)機密，在此不列出。

5.3 動態(tài)變規(guī)格控制改進效果

（1）跟蹤曲線顯示效果。跟蹤曲線顯示:在每一機架動態(tài)變規(guī)格時,所增加的對應(yīng)補償量有明顯的控制量輸出,對輥縫有明顯的調(diào)節(jié)作用，相應(yīng)機架出口的厚度超差長度明顯縮短。

（2）從動態(tài)變規(guī)格超差長度上傳率看效果：本公司質(zhì)量全流程跟蹤系統(tǒng)有本酸軋線的動態(tài)變規(guī)格超差長度上傳率數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)的計算依據(jù)如下：一級機在對應(yīng)品規(guī)（二級機查表下發(fā)）的厚度偏差范圍內(nèi)連續(xù)100點（PLC采樣周期20ms一個點，按軋機分卷速度120m/min計算，100點大約4米長）滿足厚度要求，即認為此前的累計長度為厚度超差長度，此長度加一些修正值之后通過二、三級機上傳本公司質(zhì)量全流程跟蹤系統(tǒng)即為本酸軋線的動態(tài)變規(guī)格超差長度數(shù)據(jù)，統(tǒng)計時以此數(shù)據(jù)除以總的動態(tài)變規(guī)格次數(shù)即得到動態(tài)變規(guī)格超差長度上傳率，上傳率在此動態(tài)變規(guī)格控制改進程序投入前后分別為8.35%、6.18%（三個月數(shù)據(jù)對比），降低了2.17%，有非常明顯的改善，大大提高了成材率。