提高爐卷軋機軋制力預測精度的研究

摘要：鋼板軋制過程中，過程自動化模型不能收到生產線上的實際鋼板溫度，預測軋制力計算不能實現閉環控制。根據過程自動化模型對軋制力的計算方法，結合軋機彈跳，重點分析軋制過程中一級自動化的反饋數據對軋制力再計算的影響，修改二級自動化程序，完成閉環控制，提高軋制力預測精度

關鍵詞：爐卷軋機，預測軋制力，實際軋制力，流變應力

0前言

南鋼爐卷軋機生產是在完全自動的情況下完成的，軋制過程不需要操作人員的參與。控制程序分為過程自動化控制（二級），一級自動化控制（一級）。二級的主要功能是：結合原料的尺寸與成品的尺寸、軋制方式等，根據速度溫度模型、軋制力模型等相關模型，進行每一道次的壓下量分配、軋制力計算（只計算本體）、鋼板溫度計算、每一道次出口厚度對應的一級輥縫值計算等。一級自動化控制是按照二級下達的道次輥縫值與軋制力對實際生產過程進行自動化控制。因此，二級預測的精確與否與成品的厚度、板形有直接的關系。

1生產現狀及存在問題

2009年，聘請外方專家對二級模型鋼種文件按坯料鋼種、原料尺寸與成品尺寸、生產方式等條件進行了有效分類，把板卷廠的所有鋼種分為12個家族8000多個模型鋼種文件，以此減少因為原料與成品尺寸等的不同對預測軋制力產生的影響。近年來，客戶對成品外觀提出更高的要求、冶煉時調整合金成分或者新鋼種的開發等原因，板坯化學成分發生了變化，但二級模型鋼種文件內與化學成分有關的數據并沒有得到更新，結果導致某些鋼種預測的軋制力與實際的軋制力嚴重不符，造成了厚度出格、瓢曲等缺陷。

2二級軋制力模型與模型鋼種文件的關系

軋制力的計算主要是流變應力的計算，流變應力的公式中四個關鍵參數均來自對應的模型鋼種文件

流變應力公式：

其中：

T：當前鋼板的溫度

ε：塑性變形

：軋制過程中的塑性變形速率

A，△Q，m，n四個參數來自對應的模型鋼種文件

根據流變應力公式，在模型鋼種文件內參數不變的情況下，通過一級反饋的軋制力很容易反計算出當前的溫度T

3生產過程與軋制力修正

爐卷軋機前后各有一個卷取爐，軋機與卷取爐之間水氣比較大，熱金屬檢測器只能安裝到卷取爐的外側，離軋機比較遠，機前位置距軋機6.4米，機后位置距軋機20.9米。軋制的板子短、卷軋時，熱金屬檢測器都不能檢測到有效的鋼板實際溫度。如圖2。軋制過程中，沒有現場實際溫度的反饋，二級模型無法完成閉環，只能處于一個獨立的單元，無法根據現場的實際溫度對先前預測的軋制力進行修正，失去了短期自學習（道次自適應）應有的作用，這是軋制力不準確最主要原因。

4提高軋制力預測精度的措施

根據二級程序的特點，提高軋制力預測精度主要是修改短期自學習。

4.1利用一級反饋軋制力分別計算頭尾與本體軋制力

每一道次軋制時，軋鋼二級每100毫秒收到一條軋鋼一級發來的實時軋制力，本道次軋制結束后，二級根據這些數據計算出平均的軋制力（頭尾與本體分別計算），針對該計算結果，二級計算機通過軋制力計算模型很容易反推出當前道次的溫度，把該溫度修正后運用到下一道次的軋制力計算中。同時因為溫度發生了變化，下道次軋機入口的厚度、道次壓下量等需要根據當前計算的溫度重新計算。

通過軋制力反饋計算出的溫度彌補了二級模型對冷卻水的計算不準確、軋制間隔時鋼板的溫降計算等問題。

4.2統一二級預測軋制力與一級實測軋制力

目前二級發送到一級的預測軋制力包括兩個部分：一是鋼板產生塑性變形需要的變形力、二是為了保持板形所需要的彎輥力。軋制過程中一級實時傳到二級的軋制力是剔除彎輥力的壓頭壓力。一級工程師修改電氣通信程序，直接把軋機上壓頭實測的力傳給二級，二級再結合軋機牌坊彈跳與軋制力的關系（見表1），進行每一道次出口厚度計算。出口厚度精度的提高為下一道次的壓下精度提供了保證。

軋制力（牛） 1.00E+07 2.00E+07 3.00E+07 4.00E+07 5.00E+07 6.00E+07 7.00E+07 8.00E+07

牌坊彈跳量（米） -1.07E-04 1.37E-03 2.60E-03 3.82E-03 5.00E-03 6.16E-03 7.28E-03 8.38E-03

表1：軋機牌坊彈跳與軋制力的關系

4.3厚度偏差參加軋制力計算

操作人員為修正成品厚度輸入到二級模型系統的厚度偏差，沒有參加軋制力的計算，這樣生產薄規格產品時，每一個道次的壓下量僅有0.5毫米，而厚度偏差有時達到0.3毫米，厚度偏差對精軋道次軋制力影響比較大。因此，二級計算時，不僅把厚度偏差補償一級的輥縫值，而且要計算出產生這么多厚度變化需要多少軋制力，把重新計算的軋制力發送到一級。修正后的軋制力預測精度得到大大提高，修正前后兩個道次軋制力比較，如下圖3。

5結論

5.1軋制力預測精度提高后，軋制力的偏差基本控制到5%以內。

5.2去年每月生產中，平均厚度問題導致的非計劃400余噸，自從軋制力修正后該非計劃量減至150噸；

5.3預測精度提高后寬薄規格瓢曲率降低了50%，市場不好的情況下，為南鋼盈得了許多重要客戶。

作者信息：單承勤（1979-）男，漢族，江蘇省南京市，現供職于南京南鋼股份有限公司中厚板卷廠，中級工程師.