冷軋備料厚度高頻波動研究及改進

年保國 李愛民 張文杰

（邯鄲鋼鐵集團有限責任公司，河北 邯鄲 056001）

0 前言

帶鋼的產品質量主要用外形尺寸、平直度、凸度、、組織性能表面質量等指標衡量。受全球金融危機影響，鋼鐵市場的形勢日益嚴峻，需要進一步加強質量管理工作，提高品種創效能力。邯鋼2250mm是邯鋼優化品種結構、增加經濟效益、提升核心競爭力的關鍵一環。所以，生產的產品質量穩定與否關系著下一步的品種開發能否進行。

1 問題的發現和提出

邯鋼2250mm生產的SPHC牌號主要供冷軋廠進行深加工使用，從使用情況反饋來看，熱軋SPHC牌號存在的質量問題有厚度波動、表面氧化鐵皮等，以厚度波動占主要。造成冷軋工序成本增加，甚至影響最終產品質量。

邯鋼2250mm供冷軋的備料鋼種主要是SPHC牌號，化學成分如表1:

表1 SPHC的化學成分（Wt%）

生產的常見規格:厚度:2.0mm≤H≤5.2mm,寬度:1050mm

通板厚度波動較大:

2250mm的帶鋼厚度波動主要有兩種情況:

（1）頭部厚度命中率低；一般頭部超出控制限。

（2）通板厚度有跳躍，波動較大，尾部減薄嚴重。

圖1 SPHC 牌號（3.0×1890mm）的厚度曲線

2 帶鋼厚度尺寸問題分析

2.1 帶鋼頭部厚度較厚分析

從冷軋使用情況看，熱軋帶鋼頭尾厚度較設定值偏厚，超過厚度偏差標準的卷數較多。厚度周期跳躍大，下表格的命中率是指帶鋼頭部的厚度精度在±50um的百分數，大約在40%以下。

表2 SPHC牌號的頭部厚度命中的統計數據

頭部厚度偏厚和厚度波動對冷軋產生的負面影響:

1）冷軋廠品尺寸精度的下降，影響產品質量的提高。

2）影響冷軋的軋制穩定性和板形:穿帶后厚度偏差較大的情況下，冷軋單機架AGC調節速度達不到波動頻率，導致軋制穩定性和板形不好控制。

產生頭部命中率低和厚度波動的工藝原因:

1）溫度波動較大，尤其頭部溫度，控制精度不高。

2）軋制計劃的編排不合理，寬度、厚度規格跳躍太大。

3）三座加熱爐交替出鋼，溫度的波動導致二級模型學習和調整受到限制。

4）模型中的工藝參數設定值優化不及時，控制參數沒不準確。

圖2 SPHC牌號（3.0×1750mm）軋制一道次的厚度曲線

2.2 全長厚度跳動分析

邯鋼2250mm的自動厚度控制系統完全由一級實現，可以做到隨厚度和鋼種的變化而變化控制參數的調整。

1）加熱爐水印引起的AGC控制厚度階躍。

2）下一機架咬鋼時建立張力沖擊。

3）尾部拋鋼時，溫度低，尾部減薄調節量不匹配引起尾部厚度偏差現象。

4）厚度發生變化時，AGC的調節敏感度過高，造成壓下缸的震顫。

5）支承輥的偏心導致帶鋼的周期厚度波動，加劇了AGC的調節。

3 解決方案（工藝措施）

3.1 帶鋼頭部偏厚的原因分析和解決方案

根據以上原因，排產和二級模型技術人員制定如下制度和模型調整，取得了一定的效果。

3.1.1 溫度波動較大，尤其頭部溫度，控制精度不高

由于三座加熱爐的實際加熱效果不同，尤其是4#加熱爐為后期單獨調試、投用，模型的學習時間短；4#加熱爐距離軋機的距離長，導致溫降較大；而且不同的規格和鋼種的在爐時間要求也不相同、出鋼目標溫度不同；還有現場其他的例如軋制節奏、出鋼速度等因素影響溫度，導致實際軋制過程中的溫度變化較大，從而影響軋機的厚度設定計算，導致產品的頭部命中率。針對這一問題，我們提出不同的鋼種、不同規格的板坯的加熱溫度緩慢過渡、目標溫度盡量整合。

3.1.2 軋制計劃的排列，規格跨越太大

由于目前訂貨突出用戶的個性需求，訂貨批量小、規格多，軋制計劃的編排不能嚴格按照“棺材”形執行，厚度和寬度規格頻繁改變，如寬度規格經常出現200mm左右的跳躍。由于兩者的軋制力計算相差很大，模型通過自學習并不能完全調整，并且調整的幅度、頻率都收到限制，從而導致頭部或通板命中率降低。針對這一問題，我們制定了軋制計劃的編排制度，規定改變厚度規格的同時調整寬度的規格不能大于4.0mm，寬度跳躍跨度不能大于150mm。這樣有利于厚度控制，并且換規格時，板形難以控制，這樣降低因換規格變化導致的板形無法控制的幾率。

3.1.3 三座加熱爐交替出鋼，溫度的波動導致二級模型學習和調整受到限制

由于二級設定模型中考慮了軋線bar to bar的自學習，沒有針對不同加熱爐的自學習模型，所以加熱溫度不同、板坯的性能狀況不同以及軋制過程中的寬度、厚度跳躍都對二級自學習模型非常不利。針對這個問題，我們制定了生產過程的出鋼制度:規格相同鋼種相同規格的帶鋼，交替出鋼時三座加熱爐的出鋼溫度偏差不能大約20℃。不同鋼種不同規格時出鋼溫度的目標值必須相近，交替出鋼時執行軋制計劃的編排制度。

3.1.4 模型中的工藝參數設定沒有優化，控制參數沒有精調

邯寶熱軋廠的二級模型中的軋制力公式如下:

式中:Pi——軋制力；

Pi0——第i個機架的計算軋制力；

ZBP——對上一塊板坯的學習值；

ZBPP——對上一塊板坯的頭部學習值；

ZLPH——頭部的厚度學習值；

ZLPB——頭部的寬度學習值。

從軋制力公式我們可以看出:頭部的學習值對軋制力大小影響較大，相鄰板坯的溫度（包括同加熱爐板坯、不同加熱爐板坯）會對之后的帶鋼厚度產生影響，所以模型中軋制力學習系數過小，造成軋制力設定存在較大偏差，頭部厚度無法命中。

在調試期間，板坯在爐時間長，板坯溫度均勻，進精軋溫度偏高，可以保證頭部的溫度穩定，頭部厚度命中較好隨著生產品種增加和軋制節奏的加快，板坯的加熱質量有所下降，影響了帶鋼頭部的厚度命中。

解決方法:在原來的基礎上放開了F5、F6、F7的軋制力學習系數上限，改小了軋制力自適應平滑系數，防止學習振蕩。同時，模型技術人員監控軋制力設定情況，及時調整，目的是讓模型計算的軋制力更貼近實際現場的軋制力，從而保證了模型精度和頭部厚度命中率。

3.2 通板厚度控制精度的提高

通板厚度控制主要集中在自動厚度控制系統AGC和支承輥的偏心上，AGC系數調整穩定后，厚度波動頻率就會下降。同時支承輥偏心補償功能優化后，減少了外來因素引起的波動。針對這些影響厚度精度的因素，我們提出并制定了一些工藝制度，起到了控制厚度精度的作用。

3.2.1 調試AGC的伺服閥的響應時速度

在現代化的鋼鐵里，僅僅有最先進的控制系統還是不夠的，還需要正確設定參數，才能真正發揮一流設備的最大潛力。通過調整AGC伺服閥響應時間、優化比例積分系數，試驗的結果是AGC的伺服閥響應時間在28ms之內，滿足生產控制的需要。

3.2.2 AGC 各類功能模塊優化、配合

邯鋼熱連軋廠采用支承輥偏心補償 （REC）和鎖定軋機剛度（MMC）配合使用，在標定過程中測定支承輥的輥型，通過壓下補償輥縫的周期變動，同時使用MMC功能，保持機架壓下系統輥縫穩定。通過實際測量，投用REC和MMC功能后，厚度波動的峰值降低約20%。下圖為投用前后效果對比:

圖3 REC功能投用前（厚度高頻波動最大值26μm，波動周期5m左右）

圖4 REC功能投用后（厚度高頻波動最大值21μm，波動周期5m左右）

4 結論

4.1 針對現場生產存在的缺陷，制定正確的工藝制度，減少工藝變動對模型的不利影響。

4.2 通過對二級模型軋制力學習值的適當調整，提高了帶鋼頭部命中率，尤其冷軋料（SPHC）的頭部命中率到±50um占88%。

4.3 調整自動厚度控制(AGC)的靈敏度，配合REC和MMC提高了帶鋼全長的厚度精度，最大波動值控制在20μm。

［1］孫一康.帶鋼熱連軋的模型與控制[M].北京:冶金工業出版社,2002:105.

［2］袁敏，田勇.1780軋線數學模型的應用及優化[J].冶金自動化,2006（4）:15-19.