國豐1450熱軋過程控制的優化

鄭紅雨，李 寧，孫建民

1 前言

典型的自動化系統是由基礎控制級、過程控制級和生產控制級組成。其中過程控制的精度對帶鋼的質量來說尤為重要。唐山國豐鋼鐵公司1450熱軋生產線的流程為：加熱爐—粗軋—熱卷箱—飛剪—除鱗箱—精軋—層流冷卻—卷取。生產線存在帶鋼的厚度、寬度偏差過大，模型的一些控制參數不適合目前的軋制情況，造成穿帶過程不穩定等現象。從現場數據采集、模型參數、原始數據等方面進行分析研究，并采取相應的控制措施，問題得到了解決，系統運行良好能夠滿足絕大多數鋼種的軋制要求。

2 影響過程控制精度的因素及措施

過程控制（也叫做二級過程自動化，簡稱二級）的主要任務是前期計算，也就是在帶鋼穿帶前進行計算，計算的主要內容包括輥縫和速度。二級包含很多數學模型，計算過程就是通過這些模型完成的，一根鋼在軋制之前經過二級計算，之后將設定參數發送到一級（基礎控制級），設備進行預擺位，穿帶后交給一級控制。一級把儀表實測的數據不斷發送到二級，二級利用實測值進行自學習，不斷提高模型計算精度。對影響二級控制精度的因素分別進行了分析研究。

2.1 儀表誤差

2.1.1 粗軋高溫計

溫度是二級計算過程的一個重要參數，對帶鋼厚度的命中以及穿帶速度的影響非常大。溫度不準確會造成厚度波動嚴重、穿帶速度不穩定，造成二級品甚至廢鋼。溫度是由安裝在粗軋出口處的高溫計檢測來的，高溫計采集中間坯通條溫度數據并發送給二級，溫度數據經過處理后會參與到輥縫與軋制力的計算中。當高溫計出現誤差過大時，測量的溫度就不準確，嚴重偏離實際溫度，造成計算結果不準確，影響成品質量。

通過實踐分析，發現造成儀表測量誤差的因素主要有氧化鐵皮大量堆積、高溫水汽、設備故障。氧化鐵造成中間坯表面“黑印”，坯料通長溫度不均［1］；水汽會造成溫度上下波動，溫度均勻性差；設備失靈造成高溫計不測，采集不到溫度數據。

采取的主要措施：及時清理氧化鐵，防止其影響溫度檢測；在高溫計附近添加空氣吹掃裝置，降低水汽的影響；在粗軋出口另一側安裝備用高溫計，代替出故障的高溫計。改善后的溫度通條溫差在50℃以內，頭部厚度偏差明顯減小，頭部終軋溫度控制到正負15℃，較之前有很大提高。

2.1.2 測寬儀

熱軋薄板廠使用的是連鑄坯，帶鋼在精軋區域速度快、溫降大，寬度很難控制，寬度控制主要是通過調節粗軋區立輥壓下量［2］。寬度的控制也就是對寬展的控制，寬度數據的采集是軋機出口的測寬儀完成的。原測寬儀壽命到期后，安裝新測寬儀，由于設備誤差，二者的熱收縮系數不一樣。如果不及時修改，會造成寬展計算誤差偏大，寬度不穩定。

采取的主要措施：限制立輥最大壓下量，防止寬度超差；多次人工測量實際寬度，計算出熱收縮系數，在數據庫中進行修正。

更換后的測寬儀偏差從3 mm減小到0.5 mm，沒有出現因此造成的寬度非計劃品。

2.2 熱軋模型

熱軋模型是熱軋過程控制的核心部分，包括物理模型和修正模型。物理模型是用理論公式，例如軋制力公式、寬展公式、輥縫、彈跳方程等建立起的數學模型。修正模型就是自適應，其任務是減少外界原因導致的計算偏差，提高模型計算的精度。計算精度對帶鋼的厚度以及軋制穩定性至關重要。

2.2.1 負荷分配

軋機輥縫的設定值是影響厚度的首要因素。輥縫的計算精度不僅影響帶鋼的幾何尺寸，而且決定了帶材能否穩定順利地通過軋機。因此輥縫及轉速設定是精軋機的核心控制參數。運用先進的控制技術，確定軋制模型的形式及其控制參數，不斷地提高輥縫精度，是熱軋模型的重要內容［3］。

負荷分配模式有4種：相對軋制力、相對壓下率、絕對軋制力和絕對壓下率模式。負荷值是操作人員根據生產經驗設定的。負荷分配系數存儲在模型的數據文件中。操作人員可以根據現場實際情況選擇模式，也可以對負荷分配值進行修改。相對和絕對模式可以混合使用，可以全部選擇相對模式，但是不能全選絕對模式；不能壓下率和軋制力交叉使用［4］。不同模式下厚度計算方式不一樣。

粗軋的總壓下量很大，為130 mm左右，如果控制不好負荷容易造成打滑廢鋼［5］。由于粗軋板坯厚、溫度較高、溫降較慢，根據實際生產經驗，軋制模式采用的是相對壓下率。所以各道次壓下量比較穩定，能有效減少打滑現象。在精軋區由于軋機多、總壓下來較小，因此選擇相對軋制力模式比較穩定。根據不同的鋼種和厚度，制定了相應負荷分配策略，保證了厚度精度和軋制穩定性。

2.2.2 模型參數的修改

熱軋模型程序采用C++語言，程序龐大和復雜，多年來不斷修改和更新，各個子程序之間相互引用，如果不是十分精通，盡量不要修改源代碼。可以通過修改一些控制參數和極限值來調整模型計算精度。這些參數都存儲在數據庫中，必要時可以修改，但前提是熟悉這些參數的含義。部分控制參數為：最大軋制力，繼承權重，粗軋出口厚度，最大壓下率，輥縫修正，最大軋制力矩，秒流量。

模型最初始的參數無法滿足現在的生產需求，因此對部分參數進行了調整。1）精軋最大出口速度設定為11 m/s，保證了穿帶穩定性。2）短繼承權重值改為1.2，使自學習更加平穩。3）中間坯最小厚度設定為15 mm，粗軋軋制中板時模型不再報警。4）精軋最大壓下率設定50%，防止壓下率大，造成打滑。5）精軋最大軋制力設定35 000 kN，防止軋制力過大，保護設備。

精軋在長繼承和短繼承開關同時打開時，模型會計算每根鋼的權值，超過此值使用長繼承，小于此值則使用短繼承軋制。在實際軋制過程中，發現使用默認值權重不準確，原來的數值偏大，軋制力和輥縫預報不準確。

根據生產經驗，現在設定總權重值I為1.2，a為厚度差權重1 250，b為寬度差權重2.5，c為溫度差權重0.033，有效時間1 500 s。其中權重值是兩塊鋼厚度差、寬度差和終軋溫度差的函數，公式為：

式中：ΔH為厚度差，mm；ΔW 為寬度差，mm；ΔT為終軋溫度差。

2.3 其他原因

2.3.1 板坯尺寸

板坯幾何尺寸包括長度、厚度和寬度，是模型計算的原始數據，此數據來自連鑄車間的數據庫，連鑄的原始數據具有最高的優先級，即模型最先使用連鑄的原始數據。由于連鑄車間程序設計不合理，有時候出現實際數據與設定值不符。例如板坯設定寬度是1 020 mm，但連鑄返回的數據是1 030 mm，寬度偏差較大，造成寬展計算異常，寬度會出現較大波動。如果每根鋼都核對數據，非常繁瑣，為此開發了寬度報警程序。當寬度設定值與原始數據出現偏差＞5 mm時，會報警提示操作人員。

2.3.2 軋輥直徑

每次換輥生產人員會在操作界面輸入軋輥數據，其中最重要的一項就是軋輥直徑。軋輥直徑不僅直接參與軋制力的計算，影響輥縫，還會影響軋線標高，標定零點的計算。軋輥直徑輸入錯誤不僅影響厚度，還有造成穿帶不穩定，甚至廢鋼。為防止數據輸入錯誤，按照工藝要求在數據庫中設置了直徑的范圍，例如精軋工作輥直徑范圍是690～760 mm，上輥和下輥偏差≯0.3 mm，超出此范圍則無法輸入，有效防止了人為輸入錯誤。

3 結語

通過對儀表誤差、熱軋模型和原始數據等方面的分析，并制定相關的解決方案，結合現場生產實踐，驗證各個方案均可行。帶鋼的幾何尺寸和終軋溫度精度都得到了較大提高，穿帶過程中起套和拉鋼現象也有了較大的緩解，因此造成的非計劃品和二級品降低了80%。

參考文獻：

［1］ 張杰，黃爽,唐勤，等.1580熱軋鋼帶寬度控制方法研究［J］.河北冶金，2012（6）：18-20.

［2］ 李學通，杜鳳山，孫登月，等.熱軋帶鋼粗軋區軋制寬展模型的研究［J］.鋼鐵，2005，40（6）：44.

［3］ 趙剛，楊永利.軋制過程的計算機控制系統［M］.北京：冶金工業出版社，2007.

［4］ 張進之.熱連軋機負荷分配方法的分析和綜述［J］.寬厚板，2004，10（3）：15.

［5］ 馬永樂，師可新，齊社興，等.1580熱連軋機打滑原因及解決措施［J］.河北冶金，2017（10）：65-68.