立輥軋制對(duì)厚板板型控制的分析與應(yīng)用

丁夢(mèng)怡 侯 煒

（山東萊蕪集團(tuán)鋼鐵公司自動(dòng)化部）

1 前言

鋼板軋制過程中，由于受到板坯尺寸、橫向軋制比、縱向軋制比、壓下率等因素的影響，終軋鋼板的形變是不均勻的。如果不加以控制，不均勻形變會(huì)一直保持到軋制結(jié)束，使終軋鋼板平面形狀呈非矩形，影響經(jīng)濟(jì)效益。立輥軋制技術(shù)是一項(xiàng)可以大幅度提高中厚板板型成材率的控制技術(shù)，它通過壓下量沿軋件縱向的變化，得到狗骨形的厚度分布，調(diào)整隨后道次中板材頭尾和側(cè)邊的形狀，以便得到預(yù)想的板材形狀，減少切頭、切尾、切邊損失，提高成材率。

2 立輥裝置的組成結(jié)構(gòu)

萊鋼寬厚板軋制過程中采用的是上傳動(dòng)式立輥軋機(jī)，其控制系統(tǒng)主要包括側(cè)壓系統(tǒng)、側(cè)壓平衡裝置、主傳動(dòng)系統(tǒng)等。立輥?zhàn)詣?dòng)寬度控制（Automatic Width Control，AWC）系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)的主要控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 立輥系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)主要控制結(jié)構(gòu)

2.1 側(cè)壓系統(tǒng)

側(cè)壓系統(tǒng)用于軋輥開口度調(diào)整。立輥軋機(jī)寬度調(diào)整范圍大，動(dòng)作頻繁。側(cè)壓系統(tǒng)采用兩套側(cè)壓裝置：電動(dòng)側(cè)壓和液壓 AWC，即空載時(shí)采用電動(dòng)調(diào)整，軋制時(shí)由AWC系統(tǒng)完成。其中電動(dòng)側(cè)壓的動(dòng)作主要由側(cè)壓電機(jī)完成，上面安裝了旋轉(zhuǎn)編碼器，能夠?qū)崿F(xiàn)無級(jí)調(diào)速，滿足多種壓下速度的要求。液壓AWC裝置如同四輥軋機(jī)中的液壓自動(dòng)測(cè)量控制(Automatic Gauge Control，AGC）系統(tǒng)一樣，主要作用是：帶鋼壓下、自動(dòng)寬度控制和短行程控制（Short Stroke Control，SSC）。可配合平面形狀控制技術(shù)提高鋼板寬度的尺寸精度，同時(shí)也可有效地控制鋼板頭部和尾部的形狀。AWC液壓缸內(nèi)裝有位移傳感器，可以精確控制液壓缸的行程。

2.2 側(cè)壓平衡裝置

側(cè)壓平衡系統(tǒng)的作用是消除傳動(dòng)系統(tǒng)中的各種間隙，改善沖擊振動(dòng)，配合完成軋輥開口度的調(diào)整。立輥的平衡主要由回拉缸來完成，其內(nèi)部同樣裝有位移傳感器。

立輥在軋制過程中的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)主要依附于以上兩種裝置，整體動(dòng)作在已有數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，先預(yù)設(shè)好每道次要采用的軋制數(shù)據(jù)。每道次完成后，及時(shí)對(duì)裝置作用時(shí)的各個(gè)反饋量值進(jìn)行判斷、補(bǔ)償并應(yīng)用于下一道次中，最終軋制出需要的矩形鋼板形狀。

3 立輥在板材成型過程中的控制作用

3.1 立輥的控制方法

立輥控制通常采用軋邊法。在實(shí)際生產(chǎn)中，通過對(duì)不同品種鋼板板型數(shù)據(jù)的采集，發(fā)現(xiàn)這種方式對(duì)板型成材率的提高并不明顯。因此在原有工藝、裝置和數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合立輥的軋邊法與四輥軋機(jī)的水島自動(dòng)平面形狀控制技術(shù)（Mizushima Automatic Plan View Pattern Control System，MAS），實(shí)現(xiàn)鋼板的無切邊軋制。

3.1.1 立輥軋邊法

立輥軋邊法即是液壓壓下與電動(dòng)壓下配合使用，完成鋼板在成形軋制階段邊部形狀的改善。鋼板完成成形軋制，旋轉(zhuǎn)90°進(jìn)入展寬軋制之前，先經(jīng)立輥側(cè)壓，以改善鋼板頭尾形狀；鋼板完成展寬軋制后，在旋轉(zhuǎn)90°進(jìn)入延伸軋制之前，先經(jīng)立輥側(cè)壓，以改善鋼板的橫向形狀；在延伸前段道次中，采用AWC控制，以提高寬度精度。為達(dá)到立輥軋邊法的最佳效果，還需有高精度的水平軋制時(shí)以及立輥側(cè)壓后的平面形狀變化的預(yù)測(cè)模型。以鋼板平面不均勻部分面積最小為目標(biāo)，根據(jù)板坯尺寸、橫向軋制比和縱向軋制比來確定最佳的側(cè)壓量。

3.1.2 MAS軋制法

MAS軋制法即是通過絕對(duì) AGC在成形軋制及展寬軋制的最后一個(gè)道次，改變鋼板頭尾部的壓下量。在以后道次的軋制過程中，由于頭尾部的壓下量與中間部分不一樣，使頭尾兩端的延伸與中間部分不一致，從而達(dá)到改善鋼板平面形狀的目的。

兩種方法結(jié)合后，即鋼板不切邊控制方法（Trimming Free Plate，TFP）。它有效地防止了板材兩側(cè)雙層疊邊、使邊部及頭尾形狀控制精度進(jìn)一步改善，整體向矩形化呈現(xiàn)，配合后期剪切線的剪切工作。TFP控制工作原理圖如圖2所示。

3.2 立輥軋制過程中相關(guān)數(shù)學(xué)模型

立輥 TFP控制方法的實(shí)現(xiàn)過程中，從軋制力模型（式（1））、板型凸凹度（式（2））等方面綜合考慮，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不同規(guī)格厚板的軋制測(cè)試后，最終建立了立輥軋制平面形狀預(yù)測(cè)模型。

圖2 TFP控制工作原理圖

式(1)中：F為軋制力；W為軋件寬度；R為軋輥半徑；△h為壓下量；Qp為壓力狀態(tài)影響函數(shù)；σ為平均變形抗力。

式(2)中：C0為板坯凸凹度；KF為軋制力影響系數(shù)；F為軋制力；KB為立輥力影響系數(shù)；B為立輥力；CXBT為軋輥凸度影響項(xiàng)。

因?yàn)榱⑤伩刂浦幸诎迮鞒尚坞A段的末道次進(jìn)行一次變厚度軋制控制，所以當(dāng)邊部形狀為凸形時(shí)，應(yīng)該控制成形階段末道次軋件形狀為頭尾厚、中間薄，如圖3(a)所示，平面形狀預(yù)測(cè)模型為式(3)：

式(3)中：x為成形階段末道次，軋件平面形狀控制部分某點(diǎn)距頭部的距離；△hs(x)為該點(diǎn)厚度與軋件標(biāo)準(zhǔn)厚度相比的變化量；hs、ws為成型階段結(jié)束時(shí)的軋件厚度和寬度；lF、RF為延伸軋制結(jié)束時(shí)的軋件長(zhǎng)度和延伸系數(shù)。當(dāng)邊部形狀為凹形時(shí)，應(yīng)該控制成形階段末道次軋件形狀為頭尾薄、中間厚，如圖3(b)所示，平面形狀預(yù)測(cè)模型為式(4)：

圖3 平面形狀控制示意圖

4 寬厚板立輥軋制在實(shí)際生產(chǎn)中的效果

立輥軋制法控制鋼板的平面形狀，減少了切邊量，提高了鋼板的成材率。由于采用這種方法，萊鋼厚板生產(chǎn)線鋼板的綜合成材率提高了0.5%~1.5%，對(duì)于不銹鋼及各種合金鋼，這個(gè)比例更為重要。同時(shí)軋制過程中有效地防止了板坯邊緣產(chǎn)生鼓形、裂邊、邊部折疊、邊部減薄等不良邊形，減少切頭、切邊長(zhǎng)度近40%，如圖4所示，從而形成邊緣平整的矩形鋼板。

圖4 常規(guī)軋制與立輥軋制分別對(duì)切頭長(zhǎng)度的影響

5 結(jié)束語

目前立輥軋制技術(shù)在萊鋼寬厚板生產(chǎn)板型控制中應(yīng)用非常良好，此技術(shù)的研究與應(yīng)用在技術(shù)層面上使鋼板平面形狀得到了很好的控制和改善，為高效生產(chǎn)提供了技術(shù)保障，同時(shí)也減少了成材剪切量，企業(yè)效益增加顯著。

[1] 蔣慰孫,俞金壽.過程控制工程[M].北京:烴加工出版社出版,1988.

[2] 孫一康.帶鋼熱連軋的模型與控制[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2002.

[3] 孫本榮.中厚鋼板生產(chǎn)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1993.