高強熱軋帶鋼平整過程板型控制技術(shù)研究

程克林

（承德鋼鐵集團有限公司，河北 承德 067000）

高強熱軋帶鋼平整過程板型控制技術(shù)作為提高板型平整度的關(guān)鍵技術(shù)，具有十分重要的研究意義。但目前來看，我國高強熱軋帶鋼平整過程板型控制技術(shù)較為落后，主要通過磨削軋輥原始凸度的方法加以控制，導致很難滿足多變的軋制情況，在控制后很容易出現(xiàn)板型質(zhì)量問題。在后續(xù)的研究中，相關(guān)學者提出了動態(tài)分配負荷系數(shù)的方法，在高強熱軋帶鋼平整過程板型控制精度方面取得了一定的研究成果，但軋出要求的板凸度仍然無法滿足板型平直度的目標。因此，創(chuàng)興高強熱軋帶鋼平整過程板型控制技術(shù)是時下的熱點研究話題?？紤]到高強熱軋帶鋼平整過程板型控制整體流程十分復雜，對數(shù)學模型的精度具有極高的要求，與此同時，需要結(jié)合先進的控制理念，致力于適應(yīng)高強熱軋帶鋼平整過程板型控制多擾動、多變量的需求。本文以此為研究前提，提出高強熱軋帶鋼平整過程板型控制技術(shù)研究，希望能夠通過分析影響高強熱軋帶鋼平整的主要原因，設(shè)計出一種新型高強熱軋帶鋼平整過程板型控制技術(shù)，通過降低控制偏度系數(shù)，為提高帶鋼的板形質(zhì)量提供技術(shù)支持。

1 影響高強熱軋帶鋼平整過程板型控制的主要原因

在高強熱軋帶鋼平整過程中，影響板型控制的主要原因大致可通過4 點加以概括，分別為：軋輥問題、坯料尺寸不規(guī)范、帶鋼受熱冷卻不均勻以及輥縫設(shè)置不符合要求。軋輥問題主要是指在影響高強熱軋時，帶鋼輥因會受到極大的軋制力，導致板型出現(xiàn)熱凸、磨損嚴重的現(xiàn)象，致使板型控制過程失效[1]。不僅如此，如果軋輥自身材料質(zhì)量不合理，在高強熱軋帶鋼平整過程中必然會出現(xiàn)側(cè)彎，此現(xiàn)象是無法通過控制技術(shù)進行修復的，必須加以重視。坯料尺寸不規(guī)范主要會影響斷層的厚度，降低板型控制時寬度方向的延伸性，影響控制精度。帶鋼受熱冷卻不均勻會產(chǎn)生大量的應(yīng)力，一旦其應(yīng)力數(shù)值超出標準值，必然會對板型的平整度造成很大的影響，常見情況包括：寬邊邊浪或者是小邊浪，進而增加高強熱軋帶鋼平整過程板型控制的難度。輥縫設(shè)置不符合要求會導致單邊差值相對較大，在此種情況下，高強熱軋帶鋼平整過程板型控制無法針對板型整體進行，使之板型一遍控制精度符合標準，則另一邊會出現(xiàn)控制失效的情況。

2 高強熱軋帶鋼平整過程板型控制技術(shù)

本文設(shè)計的高強熱軋帶鋼平整過程板型控制技術(shù)整體示意圖，如圖1 所示。

圖1 高強熱軋帶鋼平整過程板型控制

結(jié)合圖1 所示，下文針對圖中的3 點主要流程進行詳細闡述。

2.1 計算板型預設(shè)定

為了控制高強熱軋帶鋼平整過程板型，在帶鋼進入高強熱軋機組之前，必須根據(jù)板型的長度、寬度、厚度以及材質(zhì)等信息，計算板型預設(shè)定[2]。以計算的方式獲取板形控制所需的各項數(shù)據(jù)?；诟邚姛彳垘т撈秸^程復雜、多樣化的特點，運用自動化控制模式采用由內(nèi)向外逐級原則計算板型預設(shè)定。首先，計算帶鋼的比例凸度，設(shè)帶鋼的比例凸度為V，則有公式（1）。

在公式（1）中，L指的是軋輥直徑；S指的是軋輥的熱磨損系數(shù)。在此基礎(chǔ)上，計算高強熱軋帶鋼平整過程板型的橫移位置，設(shè)板型的橫移位置為U，則有公式（2）。

在公式（2）中，N指的是軋制力數(shù)值大小，為實數(shù)；P指的是板型目標平直度。最后，計算彎輥力，設(shè)彎輥力為H，則其計算公式，如公式（3）所示。

通過公式（3），可得出高強熱軋帶鋼平整過程板型控制彎輥力，為控制高強熱軋帶鋼平整過程數(shù)據(jù)變量提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。根據(jù)獲取的高強熱軋帶鋼平整過程板型控制參數(shù)得知，部分數(shù)據(jù)是高強熱軋帶鋼平整過程中頻繁使用的[3]。因此，本文運用自動化控制模式，通過輸入脈沖的頻率精準控制高強熱軋帶鋼平整過程數(shù)據(jù)變量。高強熱軋帶鋼平整過程數(shù)據(jù)變量定義表，如表1 所示。

表1 高強熱軋帶鋼平整過程數(shù)據(jù)變量定義表

根據(jù)表1 所示，完成高強熱軋帶鋼平整過程數(shù)據(jù)變量定義后，可以應(yīng)用自動化控制模式中的Single MHz 環(huán)的控制類型載波捕獲靈敏度，通過調(diào)整載波捕獲靈敏度，完成高強熱軋帶鋼平整過程數(shù)據(jù)變量控制[4]。設(shè)自動化控制模式下載波捕獲靈敏度的計算表達式為△，則其計算公式，如公式（4）所示。

在公式（4）中，Y指的是控制類型參數(shù)；J指的是帶鋼內(nèi)部殘余應(yīng)力足。根據(jù)上述計算公式，可計算出板型預設(shè)定。

2.2 板型平直度自學習

計算板型預設(shè)定后，可知高強熱軋帶鋼平整過程是動態(tài)變化的，因此板型控制屬于短期自學習過程，可通過板型平直度自學習調(diào)整板型控制偏差[5]?；诖?，設(shè)計板型平直度自學習模型，假定該模型表達式為F，則計算方程式如公式（5）所示。

在公式（5）中，ε指的是上塊帶鋼的彎輥力偏差；?指的是上塊帶鋼的彎輥力微調(diào)值。通過板型平直度自學習模型，自動調(diào)節(jié)高強熱軋帶鋼平整過程板型控制中產(chǎn)生的偏差，減少熱軋軋輥熱膨脹傳遞系數(shù)對輥縫的影響，提高板型控制精度。

2.3 控制板形

通過板型平直度自學習，綜合分析高強熱軋帶鋼平整過程板型控制的歷史趨勢[6]。以此為依據(jù)，設(shè)高強熱軋帶鋼平整過程板型控制方程為E，則其計算公式，如公式（6）所示。

在公式（6）中，kv指的是在帶鋼的比例凸度下的板型前饋控制正序無功功率；s指的是控制特征；W指的是板凸度反饋彎輥力修正量。通過公式（6）可以將高強熱軋帶鋼平整過程板型控制看作是控制點的一種延伸，將高強熱軋帶鋼平整過程內(nèi)所包含的板型控制信息無縫承接。與此同時，本文得出的控制方程表達方式能夠被計算機識別，可以通過該控制方程實現(xiàn)高強熱軋帶鋼平整過程板型控制。使用上述提出的高強熱軋帶鋼平整過程板型控制技術(shù)，利用自動化控制模式中的頻率跟蹤功能，以提升高強熱軋帶鋼平整過程板型控制信息頻率跟蹤的核心，控制A/D 轉(zhuǎn)換輸出的板型平直度缺陷檢查界面。將波形器產(chǎn)生的信號作為時鐘信號，則變負載狀態(tài)下控制頻率之間呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系。因此，其最小值便為跟蹤點控制頻率的最大值[7]。為提高高強熱軋帶鋼平整過程板型控制精度，本文通過記錄每次控制信號的板型平直度，以此獲取板型控制實時的狀態(tài)。若存在當次記錄值高于上次記錄值，保留此次數(shù)值，反之保留上一次數(shù)值，當高強熱軋帶鋼平整過程板型控制信息頻率增加超過驅(qū)動電源變負載狀態(tài)下的額定值時，記錄在額定范圍內(nèi)的最大控制信息頻率。假定超聲驅(qū)動振動諧波頻率在此范圍內(nèi)，此時狀態(tài)下控制信息頻率對應(yīng)的頻率值即為關(guān)鍵變量。在實際運用高強熱軋帶鋼平整過程板型控制技術(shù)控制時，能夠根據(jù)獲得相關(guān)過程控制信息，實時掌握板型控制情況，控制高強熱軋帶鋼平整過程。

3 實例分析

3.1 實驗準備

本次實驗選擇某高強熱軋帶鋼生產(chǎn)線作為實驗對象，包括：一套2100mm 半連續(xù)熱軋生產(chǎn)線以及平整分卷機組。彎輥力設(shè)計范圍在500kN ～13000kN 之間；軋制力設(shè)計范圍在-50kN ～500kN 之間。相關(guān)實驗參數(shù)設(shè)置，如下表2 所示。

表2 實驗網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置

結(jié)合上述表2 中設(shè)定的參數(shù)數(shù)值，本次實驗將控制偏度系數(shù)作為實驗測試指標，控制偏度系數(shù)越低證明該控制技術(shù)的控制精度越高。分別使用傳統(tǒng)控制技術(shù)以及本文設(shè)計控制技術(shù)進行實驗，設(shè)置傳統(tǒng)的控制技術(shù)為對照組，本文設(shè)計控制技術(shù)為實驗組。在此次的實驗中，設(shè)置實驗時間為7h，記錄實驗結(jié)果。

3.2 實驗結(jié)果與分析

根據(jù)實驗結(jié)果得出兩種控制技術(shù)的控制偏度系數(shù)，具體結(jié)果如圖2 所示。

圖2 控制偏度系數(shù)對比圖

通過圖2 可得出如下的結(jié)論：本文設(shè)計的控制技術(shù)在相同的測試時間中控制偏度系數(shù)相較于對照組更低，控制精度更高，能夠?qū)崿F(xiàn)高強熱軋帶鋼平整過程板型精準控制。

4 結(jié)語

完成高強熱軋帶鋼平整過程板型控制技術(shù)研究后，通過實驗證明了設(shè)計技術(shù)的有效性，希望能夠為提高高強熱軋帶鋼平整過程板型控制精度做出一定的貢獻。在后期的發(fā)展中，應(yīng)加大本文設(shè)計控制技術(shù)在高強熱軋帶鋼平整過程板型控制中的應(yīng)用。盡管本文研究已趨于完善，能夠取得了一定的研究成果，但對于該技術(shù)研究還不足，今后還要對其進行進一步研究，為高強熱軋帶鋼平整過程板型控制的進一步優(yōu)化提供參考依據(jù)。展望未來，針對高強熱軋帶鋼平整過程板型控制技術(shù)的自動化優(yōu)化也可以成為未來的研究方向。