影響中厚板軋制穩(wěn)定性的因素分析與優(yōu)化

李學明，周焱民

（新余鋼鐵股份有限公司，江西338001）

0 引言

面對中厚板產品市場競爭激烈的現(xiàn)實，各中厚板生產企業(yè)將發(fā)展重點從單純追求產量、規(guī)模轉移到提高產品質量、精度等方面，以期在激烈的市場競爭中占有一席之地[1]。新鋼公司中板生產線3000 mm 軋機控制系統(tǒng)自2008 年改造投用后，經(jīng)過多年的運行，一些問題逐步累積、顯現(xiàn)。 如：計算機設備老化、故障率高；軋制過程自動控制系統(tǒng)存在較大誤差，需操作工不斷手動調整軋機壓下輥縫，操作難度大；產品厚度同板差偏大，尤其是軋制板形差，嚴重影響軋制質量。

為改善軋制控制系統(tǒng)精度，提高軋制精度，提升質量指標，本文對該軋制控制系統(tǒng)存在的問題、產生的原因及影響因素進行分析，并制定相應的優(yōu)化解決措施。

1 軋機控制系統(tǒng)問題分析

1.1 軋機設備條件

該3000 mm 軋機為四輥可逆精軋機，軋機壓下方式為APC 與AGC 壓下相結合，AGC 缸上置，具有工作輥彎輥功能。 主要性能參數(shù)：

最大軋制壓力：60000 KN

軋機剛度：≥8500 KN/mm

主傳動電機：AC7000KW×2，55/130 r/min

壓下方式：電動APC+液壓APC+液壓AGC

AGC 油缸行程/精度：80 mm/0.01 mm。

1.2 軋機控制系統(tǒng)存在的主要問題

1.2.1 剛度曲線異常

軋機的剛度對鋼板軋制而言非常重要，橫向剛度直接決定著軋制出的板形是否良好，縱向剛度對于鋼板的縱向厚度控制具有重要的意義。 3000 mm中板線軋機主要通過壓靠法進行剛度的測量。 現(xiàn)在剛度曲線存在幾個問題：

（1）剛度測試壓力無法達到4000 噸以上；

（2）剛度測試軋制力按設定要求上升時，第一步和最后一步需要人工干預，否則無法完成剛度測試全過程；

（3） 查看剛度曲線，3000 噸以上曲線較硬，無法反映設備的真實剛度。

1.2.2 壓下輥縫不穩(wěn)

在軋制過程中經(jīng)常出現(xiàn)輥縫不穩(wěn)定、輥縫異常變化，每道次擺在不同的輥縫時，DS、OS 側的輥縫差不一樣，有時相差3～4 mm，導致板型不好控制，同板差大，嚴重時會導致軋廢。

1.2.3 軋制規(guī)程計算厚度設定精度差

主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）切換規(guī)格時，需要操作工頻繁調整輥縫干預量，以保障厚度精度。 尤其是換輥周期后期，寬度規(guī)格變化時，厚度波動更明顯。 目前操作人員主要依靠倒數(shù)第二道次的實際出口長度來判斷厚度偏大還是偏小，再干預末道次輥縫。

（2）末道次軋制力較大時（軋制力超過4000噸），厚度控制不穩(wěn)定。

（3）道次間自適應效果不佳，實際軋制力明顯大于設定軋制力，但后續(xù)道次的設定軋制力修正量很小。

1.2.4 頭部同板差偏差較大

生產過程中，鋼板頭部經(jīng)常報厚度超下限的缺陷。 一般出現(xiàn)在頭部0.7～1.5 m 長度范圍內，同板差最大可超過0.6 毫米。

1.2.5 測厚儀測量不準

測厚儀測量誤差大，經(jīng)常出現(xiàn)測量的鋼板與卡量鋼板有0.3 mm 以上的誤差。 尤其令人困惑的是，有些鋼板測得準、有些鋼板測量誤差達1～2 mm，原因診斷困難。 測厚儀測量值不僅參與了軋機軋制模型的計算，而且是操作工判斷軋制厚度的依據(jù)。 測量誤差大，對鋼板厚度控制影響較大。

2 軋機控制系統(tǒng)優(yōu)化措施

2.1 提高系統(tǒng)壓力、完善剛度測試程序

通過FDAA 軟件分析以往剛度測試的情況，查看設定壓力、實際壓力，伺服閥電流等相關曲線，分析出剛度測試異常的原因主要是，系統(tǒng)壓力無法滿足剛度測試需要，剛度測試自動控制程序不合理。主要優(yōu)化措施如下：

（1）提高AGC 液壓站系統(tǒng)壓力，由230bar 提高到245bar。

（2）修改TDC 控制程序，把軋制力閉環(huán)的比例系數(shù)KP 由以往的50×10-9提高到60×10-9； 而且在執(zhí)行第一步時（設定為200 噸）的比例系數(shù)與后面步驟的比例系數(shù)區(qū)分開，單獨設定，由以往的50×10-9設定為35×10-9；當設定軋制力與實際軋制力相差10 t 時，比例系數(shù)由60×10-9立即改為25×10-9（程序修改如圖1 所示），使軋制力平穩(wěn)接近設定軋制力。

（3）以前設定軋制力是直接給定，現(xiàn)改為增加一斜坡函數(shù)，使設定軋制力平穩(wěn)上升，降低剛度測試時對軋機造成的沖擊；原程序剛度測試過程中，主傳動每一步驟轉1/4 圈，采集支撐輥每1/4 圈的剛度算平均值，采集點數(shù)明顯不夠，現(xiàn)在改為轉1 圈，支撐輥全周長采集剛度值，再算平均值，這樣剛度值準確、可靠。 經(jīng)改進，剛度測試正常完成，剛度曲線更加合理。

圖1 剛度測試程序修改圖

2.2 分析主要因素解決壓下輥縫不穩(wěn)

2.2.1 壓下輥縫不穩(wěn)原因分析

經(jīng)過現(xiàn)場調查并結合FDAA 曲線，找到了壓下輥縫不穩(wěn)定的幾個原因：

（1）壓下螺絲頂帽傳感器磁環(huán)松動，導致EGC測量值不穩(wěn)；

（2）電動壓下電機抱閘抱不緊；

（3）支撐輥平衡壓力過大或過小；

（4）南北側HGC 伺服閥進油不同步。

2.2.2 壓下輥縫不穩(wěn)的解決方案

（1）采用呢絨墊子壓緊磁環(huán)，再蓋上一圓形鋼板并用螺絲固定，4 個固定螺絲用一環(huán)形圓鋼相連并焊接，確保磁環(huán)不松動。

（2） 電動壓下制動抱閘抱不緊的主要原因是：該抱閘為氣動抱閘，抱閘氣源含水多且不干凈，長期使用導致部分管路生銹、堵塞，氣源到達牌坊后壓力明顯不夠。 經(jīng)更換部分管路，在氣源管路增加一油水過濾器，確保壓縮空氣干凈暢通。

（3）支撐輥平衡壓力原設定為500 噸，但是由于經(jīng)常出現(xiàn)壓力過高，在軋制過程中，電動壓下時阻力過大，導致壓下變頻器報故障，后將其改成410噸，此時又出現(xiàn)平衡力不夠的現(xiàn)象，再加上壓下螺絲使用多年，磨損嚴重，存在間隙，導致在電動壓下不動的情況下，咬鋼和不咬鋼時EGC 輥縫偏差有時高達3 mm。 分析認為，要解決此問題，必須修改程序，采用變壓控制，即在不同情況下采用不同的平衡力。 變壓控制方式：當電動壓下不需要動作時，平衡力設置為500 噸；當電動壓下動作時，平衡力設定為345 噸；當HGC 缸動作時，平衡力設定為430噸。 改進完成后，完全解決了平衡力過大或過小的問題，使輥縫更加平穩(wěn)。

（4）南北HGC 缸進油不同步。 經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，油的污染影響了了伺服閥的使用性能和壽命。 解決辦法是在閥臺旁邊增加一過濾器，且規(guī)定每個月更換一次濾芯，確保液壓油干凈。

2.3 軋制規(guī)程設定厚度精度差的改進措施

2.3.1 對大壓力段剛度值進行修正

通過對歷史生產實績數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)隨著末道次實際軋制力的增加，控制系統(tǒng)計算的厚度和實際測量厚度偏差（計算-測量）存在明顯增加的趨勢。如表1 所示。

表1 厚度偏差與末道次軋制力關系

通過彈跳模型分析，認為造成該問題最可能的原因是高壓段剛度計算值小于實際剛度。 經(jīng)對歷史剛度曲線的分析，發(fā)現(xiàn)剛度計算功能中，剛度測試數(shù)據(jù)采用最小二乘法回歸為參數(shù)曲線時，其高壓段（軋制力≥4000 t）的剛度計算結果會存在軋制力越大、剛度反而變小的趨勢。

解決措施：當實際軋制力大于剛度曲線最大點對應的軋制力后，剛度值將鎖定為剛度曲線上的最大值。

該修改措施實施后，通過比對計算厚度和測量厚度的偏差值，發(fā)現(xiàn)效果較好。

2.3.2 增加人工調整動態(tài)補償功能

在主界面增加厚度動態(tài)補償?shù)恼{整窗口，用于補償軋輥磨損、軋輥熱凸度等模型帶來的變化相對緩慢的偏差。

操作時可根據(jù)實際測量厚度和生產要求進行調整，每次調節(jié)幅度為±0.05 mm，限幅為±0.6 mm。

2.4 完善控制系統(tǒng)自適應模型

為確保自適應參數(shù)朝正確的方向修正，對自適應模型做了以下修改：

（1）調整道次自適應投用的軋制力范圍，從默認的800 t 調整為1200 t，增加道次自適應的使用范圍。

（2）調整自適應系數(shù)，在前幾個道次適當增大；如需控軋，則第二軋程不受第一軋程道次自適應的影響。

2.5 頭部同板差改善措施

軋制道次設定輥縫包含頭部補償，可通過界面設定。 在軋機受載后，一級程序會自動取消該補償。從數(shù)據(jù)曲線看，頭部補償數(shù)值通常在0.2～0.3 mm間，在實際軋制力大于一定值后取消。

受AGC 油缸響應速度限制，如果鋼板中部溫度較高，則可能在頭部補償取消但輥縫尚未完全抬起時造成一段時間內的厚度偏薄。 目前，出現(xiàn)頭部區(qū)域厚度異常的鋼板，其頭部和中間區(qū)域的軋制力偏差通常超過500 噸，所以，需對AGC 頭部補償優(yōu)化。經(jīng)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)AGC 投用初期，有時存在迅速壓下的情況，如圖2 所示。

圖2 頭部區(qū)域AGC 迅速壓下

分析發(fā)現(xiàn)造成該問題的原因是頭部斜坡時間設置過短，斜坡完成之后AGC 輸出值發(fā)生跳變引起的，所以現(xiàn)在將AGC 斜坡時間由400 ms 調節(jié)至800 ms，AGC 輸出值發(fā)生跳變顯現(xiàn)明顯改善。

2.6 測厚儀測量誤差原因分析及改進措施

2.6.1 系統(tǒng)測量誤差原因分析及改進措施

機后測厚儀為γ 測厚儀，測量精度較高，但受環(huán)境的影響較大。 測厚儀測量不準主要原因有：電離室受損；規(guī)定時間內未進行校準；外部因素的干擾（比如鋼板上的積水會造成測量偏厚）。

（1）電離室受損的原因是環(huán)境溫度太高，空調效果差，為此對空調進行了改進，保證室溫符合規(guī)定要求。 同時要求維護人員每班記錄室溫至少2次，當室溫超過35 ℃必須及時處理。

（2）在測厚儀操作畫面上做指示圖標，校準后24 小時后會提示再次校準，同時對規(guī)定時間未校準的操作工進行考核。

（3）定期對測點上方進行清掃，針對鋼板上存積除鱗水的問題，設置自動吹掃裝置，通過修改程序，實現(xiàn)在軋制狀態(tài)下倒數(shù)第一道次和倒數(shù)第三道次，在測點上方范圍內進行吹掃。

2.6.2 同一時間段內測量誤差原因分析及改進措施

針對測厚儀在同一時間段內有測量誤差（1～2 mm） 的問題，分析發(fā)現(xiàn)γ 測厚合金系數(shù)有時出現(xiàn)異常，正常值一般0.98 左右，但有些只有0.90 左右，這主要是鋼材化學成分參數(shù)變化造成了合金系數(shù)突變。

（1）為查找鋼材化學成分參數(shù)與測量誤差異常的關系，在二級系統(tǒng)中檢索測厚儀歸檔數(shù)據(jù)，對測厚誤差范圍正常的數(shù)據(jù)與誤差異常的數(shù)據(jù)分類比較，同時選取一部分測量誤差正常及異常的鋼板號，檢索對應的組批數(shù)據(jù)（包含化學成分），得到表2數(shù)據(jù)。 通過對表2 數(shù)據(jù)的對比分析，可以發(fā)現(xiàn)測量誤差異常的鋼板，其化學成分H（氫）值為1；而測厚誤差正常的鋼板H 值為0。

表2 測厚數(shù)據(jù)與化學成分關系表

（2）在不修改γ 測厚儀本身的程序算法的情況下，在二級系統(tǒng)讀取成分數(shù)據(jù)的存儲過程代碼中，將H 賦值固定為0，這樣發(fā)送給測厚儀的化學成分系數(shù)中H 值為0，避免了合金系數(shù)值的異常突變，解決了該類測厚誤差異常問題。

3 效果分析

（1）薄規(guī)格板軋制成材率提升。 改進后對薄規(guī)格板（厚度≤8 mm）的穩(wěn)定軋制起到了顯著作用，軋制成材率由項目實施前的87.12%提高到88.25%。

（2）軋制尺寸非計劃率降低。 改進后軋制尺寸非計劃率由2018 年的0.49%降到2020 年的0.28%，降幅達43%。

（3）軋機控制系統(tǒng)故障率降低。 改進完成后，該軋機控制系統(tǒng)故障時間由2018 年的1252 min 降到2020 年的673 min，降幅達46.5%。

4 結語

通過對新鋼公司中板線3000 mm 軋機控制系統(tǒng)長年累積問題的分析，確定的問題產生的主要原因，對軋機控制系統(tǒng)實施了一系列優(yōu)化改進措施。實踐證明效果顯著。

（1）軋機壓下輥縫的穩(wěn)定性及設定精度得到明顯改善，提升了鋼板尺寸控制精度、改善了板型，軋制非計劃率大幅降低。

（2）軋機剛度測試或零調過程更加順暢，剛度值能較好地反映軋機實際彈跳規(guī)律。

（3）機控制系統(tǒng)設備故障時間大幅度降低。

（4）保證了測厚儀的正常使用，為精確控制鋼板目標厚度提供了保障。