酸軋機組軋制模型研究與優(yōu)化

馬 楠，任延慶

（本鋼板材股份有限公司，遼寧 本溪 117000）

某冷連軋廠酸軋機組由德國西馬克公司設(shè)計制造，機組可生產(chǎn)厚度規(guī)格為0.3mm～2.5mm、寬度規(guī)格為1000mm～2150mm的冷軋鋼帶，產(chǎn)品市場定位高檔汽車面板、高強超高強汽車板、高檔家電板等?？筛采w轎車車身70%以上的鋼鐵材料，尤其是高強汽車用鋼產(chǎn)品，滿足了汽車工業(yè)輕量化、節(jié)能減排的發(fā)展趨勢及要求，市場應(yīng)用前景廣闊。

1 目前存在的問題

酸軋機組考核驗收完成以后，對于大多數(shù)鋼種采用的工藝制度以及控制模型已經(jīng)成熟，但隨著市場競爭強度愈演愈烈，高附加值、高難度的品種和規(guī)格越來越占據(jù)更大的比重。酸軋機組在生產(chǎn)B250P、CR340LA、HC420LA及以上級別高強鋼和寬板時,經(jīng)常存在板形不良降級的情況。主要由于新的鋼種、規(guī)格不斷增加，軋機的軋制參數(shù)未能及時進行優(yōu)化，因此需要對部分鋼種及規(guī)格軋制模型進行優(yōu)化。需要重新匹配軋機1架～5架工作輥、中間輥彎輥力及中間竄輥值、一級工作輥補償竄輥系數(shù)模型，來改善帶鋼的軋后板形，從而減少因板形不良降級的情況，提高酸軋機組的產(chǎn)品合格率。

2 軋制模型優(yōu)化

2.1 變形抗力模型研究

在冷連軋的軋制過程中，為了生產(chǎn)高精度的冷軋鋼帶，必須精確地得到軋制過程中的各種設(shè)備參數(shù)和工藝參數(shù)。軋制力參數(shù)是其中的重要參數(shù)之一，軋制力的設(shè)定精度不僅直接影響冷軋產(chǎn)品的厚度精度而且對板形等都是至關(guān)重要的。而冷連軋的變形抗力模型是影響軋制力的重要因素，因此提高變形抗力模型參數(shù)的精度，能很大程度的提高軋制力模型的設(shè)定精度。

研究表明，隨著帶鋼變形量的逐漸增加，變形速率逐漸減小，在變形區(qū)出口變形速率迅速降到零，但是加工硬化程度在逐步升高，變形速率和變形量的綜合影響使變形抗力沿變形區(qū)基本保持不變，因此可采用靜態(tài)變形抗力公式計算整個變形區(qū)的變形抗力。為了確定靜態(tài)變形抗力模型中參數(shù)的最佳值，常常采用最小二乘法識別的回歸分析方法確定模型中參數(shù)的最佳值，變形抗力公式包括動態(tài)變形抗力和靜態(tài)變形抗力。如下所示公式中，Z為自學(xué)習(xí)系數(shù)，另外兩個分別為靜態(tài)變形抗力和動態(tài)變形抗力。

靜態(tài)變形抗力公式如下：

實驗原理：根據(jù)實際的軋制數(shù)據(jù)，首先反算出靜態(tài)變形抗力，然后通過回歸分析軟件得到真實的加工硬化曲線進行函數(shù)擬合。在擬合過程中，自動算出m，n，C參數(shù)合適的值，同時得到擬合的曲線，只需要把新生成的參數(shù)放到對應(yīng)的變形抗力模型表中，如果偏差很大需要調(diào)整該鋼種的家族，防止影響相同家族的其他鋼種，同時把新生成的變形抗力參數(shù)放到變形抗力模型參數(shù)表，這樣就得到公式中的變形抗力參數(shù)。為此選取鋼種DC01進行實際軋制試驗。

選取DC01鋼種軋制優(yōu)化其變形抗力模型參數(shù)。帶鋼經(jīng)過鹽酸酸洗，酸洗溫度一般控制在80℃左右，工藝段速度控制在180m/min，分別采用50%，60%，70%三種不同的壓下率進行實驗軋制，下圖為實際的軋制力數(shù)據(jù)與設(shè)定數(shù)據(jù)對比圖。

圖1 實際的軋制力數(shù)據(jù)與設(shè)定數(shù)據(jù)對比圖

在回歸軟件的配置文件中輸入實驗的鋼種DC01，寬度1250mm、入口厚度4.5mm、出口厚度0.8mm，對應(yīng)鋼種的家族3，輸入軋制數(shù)據(jù)采集的起止時間，選擇是高速軋制還是低速軋制等，保存后運行回歸工具進行回歸。

下圖是回歸計算運行結(jié)果、理論計算和實際變形抗力曲線對比圖，從圖中可以很明顯的看出一架的變形抗力與實際變形抗力比較的接近，但是2架以后的變形抗力的計算值和實際的變形抗力逐漸的偏離，非常明顯設(shè)定值比實際的要偏小，偏差量在9.1%。

圖2 回歸計算運行結(jié)果、理論計算和實際變形抗力曲線對比圖

根據(jù)統(tǒng)計分析回歸后重新優(yōu)化變形抗力參數(shù)。優(yōu)化模型參數(shù)后，再次軋相同規(guī)格的鋼種DC01，進行回歸分析驗證，實際的變形抗力曲線與設(shè)定的基本完全擬合，偏差量可以控制在5%以內(nèi)。

下圖是模型參數(shù)優(yōu)化后實際軋制力和設(shè)定軋制力的對比圖，規(guī)格為4.5mm*1250mm，可以很明顯的看出設(shè)定與實際的基本一樣，總體偏差控制在5%以內(nèi)。

圖3 模型參數(shù)優(yōu)化后實際軋制力和設(shè)定軋制力的對比圖

根據(jù)實際的反饋數(shù)據(jù)和模型優(yōu)化后軋制數(shù)據(jù)對比分析，該規(guī)格4.5mm*1250mm在生產(chǎn)中軋制力偏差都在要求的精度范圍內(nèi)，保證了頭尾的厚度及板形的控制精度，所以我們的理論預(yù)期與優(yōu)化后實際的反饋結(jié)果基本吻合，達到了預(yù)期的效果。

優(yōu)化模型參數(shù)后，繼續(xù)對近期生產(chǎn)的DC01鋼種進行跟蹤，并進行了變形抗力曲線的回歸，設(shè)定值和實際值基本重合，偏差量在5%以內(nèi)，達到了預(yù)期的效果。但由于靜態(tài)變形抗力模型是理論的計算方法，不同組織和化學(xué)成分的鋼種加工硬化程度以及摩擦力計算不可能與軋制力公式計算的完全吻合，因此為了盡可能提高軋制力的計算精度，還需要通過如下措施進一步提高：①各架軋機軋制力自學(xué)習(xí)。②優(yōu)化預(yù)測入口厚度自學(xué)習(xí)。③調(diào)節(jié)各架軋機軋制力補償系數(shù)。

通過回歸的方法優(yōu)化變形抗力模型，提高軋制力模型的設(shè)定精度。利用回歸軟件，可以快速的優(yōu)化模型表中的各個鋼種，尤其新鋼種。軋制力及入口厚度自學(xué)習(xí)功能的投入，更進一步的提高了軋制力模型的設(shè)定精度。

2.2 高強鋼模型研究及優(yōu)化

通過先后對TRIP780、PHS1800、DP780、DP980等多個常年影響軋機板形的鋼種進行了外委的加工硬化曲線測定，按照測定完的加工硬化曲線，錄入軋機進行優(yōu)化后，整個板形得到了極大地提升。同時，針對現(xiàn)在軋機的鋼種家族分類，根據(jù)實際的軋制力和機架分布，進行了模擬計算。通過使用程序和根據(jù)現(xiàn)場實際反饋數(shù)據(jù)和最小二乘法，可以得到實際回歸的應(yīng)力應(yīng)變曲線，然后再通過應(yīng)力應(yīng)變曲線對比來進行鋼種的家族分類。通過軋機家族的分類優(yōu)化后，整個軋制過程變得更加穩(wěn)定，板形控制更加良好。改善后特別是高強鋼（屈服強度大于400MPa），軋制穩(wěn)定性得到了進一步的提升，既保證了高強鋼生產(chǎn)的穩(wěn)定性，同時高強鋼的產(chǎn)品質(zhì)量也得到了進一步的提升。

2.3 動態(tài)變規(guī)格系統(tǒng)補償研究及優(yōu)化

由于外方設(shè)計時2#、3#架軋機出口無流量AGC，因此易造成帶鋼過焊縫時產(chǎn)生厚度波動及板形不良。通過增加優(yōu)化S4 MONITOR AGC，減少S2#、S3#架出口過焊縫時厚度波動帶來的5機架出口帶鋼板形不受控；過焊縫時，產(chǎn)生S1架出口板形波動的擾動進行分析，原程序在原料厚度有偏差時相應(yīng)速度較慢，通過縮短S1 MASS FLOW AGC相應(yīng)時間，減少擾動對1架出口板形和厚度的影響。

2.4 軋制過程潤滑效果研究與改善

在軋制B250鋼種及其他高強鋼時，S4架在軋制400t～500t時出現(xiàn)前滑不足的情況。通過優(yōu)化S2～S4機架乳化液工作輥潤滑噴嘴（A噴嘴）噴射壓力，提高S2～S4架工作輥潤滑效果，改善軋輥熱凸度，降低了由于潤滑效果不足造成的劃傷及升降速帶來的板形不良變化。

2.5 優(yōu)化一級板形控制程序

由于外方設(shè)計時S2、S3架軋機出口無流量AGC，因此易造成帶鋼升降速時S2、S3架出口產(chǎn)生厚度波動及板形不良，S4、S5消除厚度波動時相應(yīng)時間滯后。通過增加S5和S4出口厚度偏差采集程序，縮短S4架厚度波動響應(yīng)滯后時間，提高S5架厚度控制精度。通過增加新程序控制，S4、S5架出口厚度波動在軋機升降速時厚度精度可以控制在10μm。

2.6 跟蹤原料情況，進行針對性優(yōu)化

選取浪形缺陷較為嚴重的兩個鋼種DC01與SPCC，選取酸軋機組生產(chǎn)時切邊和不切邊情況分別進行測試，酸軋切邊后鋼卷無明顯浪形缺陷，而不切邊存在較為嚴重的邊浪。同時在酸軋入口對這些鋼卷進行取樣。使用千分尺測量板坯樣本斷面上厚度，繪制板坯輪廓曲線，根據(jù)測量結(jié)果分析排除浪形缺陷由熱軋軋輥磨損造成。

圖4 鋼卷斷面厚度測量值 單位：mm

取得熱軋來料厚度、凸度和溫度等數(shù)據(jù)，結(jié)合是否切邊對浪形缺陷嚴重程度的影響，分析造成板形缺陷的原因為熱軋軋制過程中，終軋溫度最邊部相對中部溫降較快。調(diào)整軋機負荷分配，降低F1分配使F2負荷最大且后機架呈逐步遞減。優(yōu)化彎輥力初始設(shè)定，將F1～F4彎輥力初始設(shè)定值由相同值修改為根據(jù)軋制力大小設(shè)定。通過降低F5單位軋制力對板形進行優(yōu)化，根據(jù)實際情況將F5單位軋制力由6KN降低0.5KN～3.5KN，通過現(xiàn)場實踐證明此方式效果明顯。

3 結(jié)語

通過對軋機變形抗力模型、高強鋼模型優(yōu)化；并對軋制過程潤滑效果研究與改善板形；同時研究了原料板形對軋后板形影響及優(yōu)化措施。目前酸軋機組板型雙邊浪小于12I，單邊浪小于10I，極大的改善了酸軋機組板形不良的情況，為企業(yè)創(chuàng)造較大的經(jīng)濟效益。