酸連軋動態變規格的研究和應用

胡大偉

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司， 山西 太原 030003）

山西太鋼不銹鋼股份有限公司（以下簡稱太鋼）1450 酸軋機組投產于2014年上半年，由三菱日立設計并實施，實現了二級數學模型全過程控制軋制技術[1]。動態變規格控制技術是二級數學模型的核心，能夠有效的解決在機組變規格過程中的輥縫、參數設定值等問題。國內外很多學者對動態變規格過程中控制理論進行研究，比如研究變規格過程中的張力控制技術[2]，研究變規格過程中厚度控制方法[3]，研究變規格過程中邊降控制理論等[4]。

本文主要是通過修改變規格過程中加減速的控制方法，調整變規格過程中各模型參數的過程計算方法，從而實現鋼帶的穩定通過率，減少帶頭帶尾的厚度超差長度，進而提高全線的成材率。

1 動態變規格控制原理

動態變規格FGC（Flying Gauge Change）是日立酸連軋二級軋制模型的一個重要功能，該功能可以保證機組在全線不停機的基礎上，通過對模型中張力、速度、輥縫等參數的動態調整，實現相鄰兩卷帶鋼的鋼種、厚度、寬度等的變換[5]。動態變規格的觸發條件是前后帶鋼的厚度發生變化、寬度發生變化、二級參數模型發生變化等。圖1 表示動態變規格的觸發時間點。動態變規格最主要的目的就是使FGC時的預置誤差和實際誤差誤差達到最小，也就是達到FGC 和正常AGC 是同一個標準，進而降低帶頭帶尾厚度超差長度。

太鋼酸連軋機組動態變規格功能的核心之處，是在最短的時間周期內，將前后兩卷不同規格的鋼卷，自如的進行軋制規程的切換。在變規格過程中，整個軋制過程都在動態調整，比如張力、輥縫、速度、以及軋輥的彎輥和串輥值。這些關鍵參數的不斷變換，最終形成了有效的動態變規格控制策略。如果動態變規格功能在實現過程，各個參數不能有序有規則的進行變換，當前后帶鋼厚度、寬度發生較大的變化是，就會造成機組的斷帶、停車，甚至有可能造成軋輥的損壞。

圖1 變規格時間點

2 動態變規格控制理論

動態變規格是個連續、閉環控制理論，主要包含軋制力計算模型、張力計算模型、變形抗力計算模型、摩擦力計算模型等。

2.1 軋制力計算模型

式中：P 為軋制力；b 為鋼卷寬度；kp為變形抗力參數；μ 為摩擦系數；Dp為摩擦力影響；k 為張力控制值；ZP為自學習系數；R'為工作輥變形半徑；H 為軋機入口厚度；h 為軋機出口厚度；r 為壓下率。

2.2 張力計算模型

式中：kp為變形抗力參數；tb為后單位張力；tf為前單位張力。

2.3 變形抗力計算模型

式中：H1為1 機架前的厚度實際值；H 為厚度設定值；h 為出口厚度值；β 為常數(α=0.75)；ks為變形抗力影響；hm為平均厚度；k0，m，n 為變形抗擊參數。

2.4 摩擦力計算模型

式中：vr為軋輥速度；Nr為換輥后軋制的鋼卷數量；r為壓下率；μ0—μ6均為常數。

2.5 動態變規格的流程

圖2 表示酸連軋機組在正常軋制鋼卷時，動態變規格是如何執行程序操作的。第一步先判斷焊縫離軋機還有多遠的距離，并實時檢測是否需要介入動態變規格，信號來自全線的5個焊縫檢測點；第二步不斷接收二級模型下發的張力、輥縫、速度等設定值；第三步動態變規格自學習功能投入，將自學習的參數一并下發到設定值中。第四步判斷是否觸發動態變規格的條件；第五步觸發動態變規格的計算功能，實現焊縫的穩定通過；第六步動態變規格執行完畢。

圖2 動態變規格流程示意圖

3 調整動態變規格的策略

3.1 加減速設定

變規格過程中，機組會自動降低軋機軋制速度，達到最低速度后，穩定運行一段時間后，再自動加速。在自動加減速過程中，如圖3 所示，a 值越大，加速越快，因此在變規格過程中，需要的時間也越緊迫，造成鋼帶在焊縫通過1號機架進入軋機時，易發生斷帶的情況。因此，結合實際的生產數據，運用回歸方程推導出，當a=a1時，焊縫通過性最強。

圖3 動態變規格和軋機速度的關系

3.2 張力補償設定

動態變規格過程中，由于前一卷和后一卷規格不同，二級下發的參數也完全不同。尤其是在鋼卷寬度和厚度都不同的情況下，張力波動是很大的，因此有必要對張力進行補償。表1 表示的是某個鋼種在變規格過程中，張力補償值。

表1 某鋼種張力補償值

3.3 模型參數設定

彎輥和串輥設定值在動態變規格過程中，起著至關重要的作用的。如果串輥的設定值太大，容易在串輥的過程和焊縫進行摩擦發生斷帶。因此，在變規格過程中，彎輥和串輥的值可以下發穩定值的一半，在焊縫通過后，逐漸補償到正常設定值（見表2）。

表2 二級模型下發參數表

4 結論

在太鋼硅鋼酸連軋的生產過程中，使用該動態變規格策略經過實踐檢驗，如圖4 所示，可以得到以下結論：

圖4 動態變規格優化前后對比圖

2）對關鍵參數的值進行優化調整后，能夠有效的降低帶頭帶尾的厚度超差，從優化前的30m降低到15 m，從而提高全機組的成材率。

1）對動態變規格控制方式進行優化后，尤其是增加了張力補償措施后，更好的實現焊縫的通過率，減少機組因斷帶而造成的機組停車，軋輥損傷。