卷取機側導板控制策略優化分析與改進

趙磊，劉寧，李文，王克柱

（山鋼股份濟南分公司熱連軋廠，山東濟南 250101）

生產技術

卷取機側導板控制策略優化分析與改進

趙磊，劉寧，李文，王克柱

（山鋼股份濟南分公司熱連軋廠，山東濟南 250101）

基于對濟鋼1700熱軋帶鋼生產線卷取機側導板控制系統的分析，通過對側導板平行段進行圓弧過渡優化和前臺卷取機側導板開口度的合理設定以及平行度的調整，避免了卡鋼事故，提高了生產穩定性；對3.5mm厚度以下規格帶鋼側導板2次短行程增大25mm，頭部塔形控制良好，因塔形問題產生的次品量減少了80%；對6.0mm厚度以下規格帶鋼卷取過程實施階梯壓力控制，大大降低了側導板襯板消耗，年降低生產成本百萬元。

卷取機；側導板；控制策略；位置控制；壓力控制

1 卷取機側導板控制系統及特點

卷取側導板是保證卷型質量的重要設備，包括喇叭口段及平行段。平行段為懸臂梁式結構，是實現側導板功能的關鍵裝置。側導板傳動側和操作側分別傳動，每側機械同步，兩側靠伺服閥同步，液壓缸內裝有位置傳感器，無級自動調整開口度。側導板控制分為位置和壓力兩個雙閉環控制系統，由液壓伺服系統進行驅動。側導板的傳動側（簡稱DS）只有位置控制，沒有壓力控制；而操作側（簡稱OS）既有位置控制又有壓力控制。在帶鋼軋制和卷取過程中，兩側導板共同作用，將輸出輥道上偏離輥道中心的帶鋼頭部平穩地引導到卷取機中心線送入卷取機，在卷取過程中繼續對帶鋼進行引導對中，完成整個帶鋼卷取過程。

為實現側導板對鋼卷塔形的控制，要求其控制過程快速、穩定。側導板動作響應慢，將造成較大的頭部塔形；動作不穩定，造成動作超調，容易將帶鋼夾鼓，嚴重者會引起堆鋼或者損傷帶鋼邊部。鋼種不同、寬度不同、側導板短行程不同［1］，對卷取帶鋼的卷型有直接影響，其工作狀況不良會產生卡鋼、松卷、塔形卷等。

2 控制系統缺陷及原因分析

卷取機側導板自動控制模式是位置控制和壓力控制交替進行［2］，具體如下：

1）精軋F2咬鋼時開始側導板開口度的初始設置。其開口度（W0）為：帶鋼寬度（W）＋余量（D）＋第1次短行程量（A）＋第2次短行程量（B）。其中D＝20mm，A＋B＝100mm。

2）當帶鋼頭部剛進入側導板區域后，1次短行程立即執行，兩側側導板同時向內閉合A/2，對帶鋼頭部進行第1次導向。

3）在帶鋼頭部快要進入夾送輥前，執行第2次短行程，傳動側側導板向內閉合B1，操作側側導板向內閉合B2（B＝B1＋B2，B2＞B1），對帶鋼頭部進行第2次導向。

4）之后操作側側導板控制方式由自動位置控制轉換為自動壓力控制，傳動側側導板保持不動，操作側側導板以恒定的壓力靠近并接觸帶鋼，對帶鋼起到對中和夾持作用。

5）在后臺卷取機進行卷取時，前臺卷取機不參與控制。

卷取機側導板在使用過程中存在一定缺陷：

1）側導板喇叭口段和平行度段接觸處易造成卡鋼事故。卷取機前側導板喇叭口段和平行度段接觸處為直角過渡，卷取機卷鋼時，一旦出現平線段側導板安裝精度不夠，或當帶鋼頭部到達卷取機前喇叭口段與平行段交界處時恰逢側導板執行1次短行程，尤其是遇到帶鋼頭部鐮刀彎，極易造成帶鋼頭部撞擊側導板卡鋼事故。

2）前后兩臺卷取機過渡處易出現卡鋼事故。后臺卷取機卷鋼時，前后卷取機側導板的開口度一致，但前后側導板中間在前臺卷取機夾送輥處分隔，帶鋼頭部鐮刀彎通過前臺卷取機側導板的束縛后，向鐮刀彎一側擺動，如果恰好后臺側導板進行短行程夾緊動作，使帶鋼頭部撞擊后臺卷取機側導板，帶鋼頭部鉆入后臺卷取機側導板與輥道間縫隙，造成卡鋼事故。

3）2次短行程后側導板與帶鋼邊部余量大，鋼卷頭部塔形嚴重。2次短行程量設定過小，達不到側導板對帶鋼頭部糾正的最佳效果。帶鋼頭部進入夾送輥后，側導板執行2次短行程，此時側導板與帶鋼的距離余量較大，操作側側導板以較慢的速度對帶鋼頭部進行夾持，逐漸實現壓力控制，約需10 s方可實現對帶鋼的穩定壓力夾持。在軋制薄規格帶鋼時，帶鋼到達卷取機時速度可達8～10 m/s，即在操作側側導板貼近帶鋼的10 s時間內，帶鋼未得到有效的對中和夾持作用，使鋼卷產生了較為嚴重的頭部塔形；且當側導板以壓力控制夾持到帶鋼后，將后序帶鋼進行強制糾偏，使帶鋼偏離中心線，加劇了塔形程度。

4）薄規格帶鋼卷取時側導板襯板磨損嚴重，襯板消耗增加。卷取機側導板在引導帶鋼過程中，頻繁與帶鋼邊部接觸，磨損嚴重，形成溝槽。為此，在側導板與帶鋼接觸面上安裝了可更換的襯板，在帶鋼頭部進入卷取機后，側導板實現壓力控制后磨損即開始，帶鋼越薄，與側導板的接觸面越小，同等壓力狀態下側導板襯板越容易磨損，且薄規格帶鋼單卷長度較長，襯板磨損嚴重。

現場調研分析認為有兩方面原因：一方面，兩側側導板不完全平行于軋制中心線，操作側入口側距離軋制中心線比出口側大15mm，傳動側入口側比出口側小12mm，造成側導板整體上和帶鋼接觸并不完全，受力也不均勻，傳動側入口區域和操作側出口區域磨損極為嚴重。另一方面，在帶鋼卷取過程中，側導板始終以恒定壓力進行夾持帶鋼。實際上在薄規格帶鋼穩定卷取階段，張力穩定，側導板只需較小的作用力就可將帶鋼夾持住，恒定的側導板壓力造成夾持力的浪費和襯板消耗的增加。

3 控制策略優化改進措施

3.1 優化平行段側導板結構及程序

為避免帶鋼頭部在側導板喇叭口段與平行段接觸處卡鋼，一方面對平行段側導板本體結構進行優化，將側導板直角過渡改為圓弧過渡，使帶鋼頭部在喇叭口段和平行段處進行平滑過渡；另一方面，在程序上對側導板1次短行程進行適當延時，即使帶鋼頭部通過喇叭口段和平行段接觸位置后，側導板再進行1次短行程動作。

3.2 合理設置前后側導板開口度

為避免鐮刀彎帶鋼撞后臺側導板卡鋼問題，使前臺側導板先進行1次短行程，對頭偏的帶鋼進行一定的糾正。2#卷取機卷?。簬т擃^部到達1#卷取機側導板區域時，1#卷取機側導板執行1次短行程動作，兩側均向里夾持20mm。3#卷取機卷?。簬т擃^部到達1#卷取機側導板區域時，1#卷取機側導板執行1次短行程動作，兩側均向里夾持20mm。帶鋼頭部到達2#卷取機側導板區域時，2#卷取機側導板執行1次短行程動作，兩側均向里夾持10mm。

3.3 增大側導板2次短行程

據統計，2013年次品帶鋼12 043.42 t，因塔形原因判次2 401.16 t，其中3.5mm厚度以下規格共有1 113.81 t，占46.4%。2012年因塔形判次的鋼卷中，3.5mm厚度以下規格占47.6%?？梢姳∫幐癞a品出現塔形的概率較大。通過分析可知這些次品多數由側導板2次短行程量過小造成。為有效減免此類次品的產生，對3.5mm厚度以下帶鋼卷取時卷取機側導板2次短行程進行優化。

側導板在行走完第2次短行程后與帶鋼距離（D）為30mm左右，加上帶鋼都帶有一定程度的鐮刀彎，因此2次短行程增大調整量不能超過30mm。為確保現場生產穩定，將調整量設定為4個等級，即15、20、25、30mm。通過逐步試驗，發現2次短行程增加量為25mm時側導板在走完第2次短行程后基本接觸帶鋼，需要較短時間可實現恒定壓力控制，對帶鋼頭部塔形的改善有一定效果；2次短行程增加量為30mm時，側導板直接將帶鋼夾持至稍微鼓起的理想狀態，頭部塔形得到了明顯改善［3］。為保障生產穩定，綜合考慮，最終確定側導板2次短行程量增大25mm。優化前后側導板短行程控制見圖1。

圖1 優化前后側導板2次短行程控制示意圖

3.4 改造側導板平行度

由于側導板平行度超標，造成側導板磨損不均，磨損加快，更換頻繁，成本增加，同時也造成了卷取卷型的異常，在F6拋鋼后，容易造成塔形。針對這一現象，將2#卷取機平行段操作側側導板入口前移1個齒距，傳動側側導板出口前移1個齒距。1個齒距為13.5mm，保證了側導板的平行度。

3.5 優化側導板壓力控制

根據卷取機側導板控制現狀，提出對側導板壓力進行階梯控制，即對厚度6.0mm以下帶鋼卷取過程側導板壓力進行優化，采取卷鋼過程中的分段壓力控制。

第1階段，頭部卷取—張力未建立階段。側導板走完兩次短行程后，操作側側導板逐漸再次向里行走，直到接觸帶鋼實現恒定壓力控制。

第2階段，帶鋼進入穩定卷取—張力卷取階段。側導板只需要保證跟帶鋼之間無間隙，不需要有太大的壓力就可以保證帶鋼不跑偏，此階段適當減小側導板壓力值（降低20%～30%）。

第3階段，精軋拋鋼后，張力基本存在于夾送輥與卷筒中間，輥道只是起到拖拽的作用，此時帶鋼最容易出現跑偏。由于在F6拋鋼的瞬間，卷取機有一個瞬間張力失去又重新建立的過程，所以在F6拋鋼之前（F4拋鋼）側導板再度恢復到正常的設定壓力值來防止尾部跑偏導致卷形不良。

因每月生產品種結構不固定，篩選產量、薄規格帶鋼比例相近月份生產情況進行統計分析，側導板壓力控制改進前后薄規格比例及襯板消耗如表1所示。表1結果表明，在薄規格比例相近的情況下，萬t鋼襯板消耗平均由3.88 t降為2.92 t。

表1 側導板壓力控制改進前后薄規格比例及襯板消耗

4 改進效果

通過對側導板喇叭口與平行段接觸處圓弧過渡改造、一次短行程延時和前后側導板開口度優化，提高了現場生產穩定性；對側導板二次短行程的優化，目標頭部塔形控制在30mm內，薄規格帶鋼卷取機因造成的塔形改判率由原來的0.6%降低到0.12%，薄規格帶鋼卷取塔形問題產生次品量減少80%。通過對6.0mm以下薄規格卷取時側導板壓力控制優化，大大降低了側導板襯板消耗。萬t鋼側導板襯板平均消耗約2.91套，比改進前同等產量、相近薄規格比例時側導板襯板消耗降低0.72套/萬t，全年共節約襯板48套，降低生產成本103.35萬元。

［1］于千，楊健，余威，等.熱軋帶鋼卷取塔形產生原因及防范措施［J］.軋鋼，2007，24（3）：59-60.

［2］單傳東.卷取機側導板控制策略優化［J］.軋鋼，2010，27（4）：50-53．

［3］劉洋，曾義斌，嚴開勇，等.卷取機側導板系統的優化［J］.武鋼技術，2012，50（5）：29-30.

Optimization Analysisand Improvement of Control Strategy of theCoiler’sSide GuideSystem

ZHAO Lei,LIU Ning,LI Wen,WANG Kezhu
（The Hot Continuous Rolling Plant of Jinan Branch Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

Based on the analysis of the side guide control system of 1 700mm hot strip rolling mill in Jinan Steel,through the arc transition optimization of the parallel side guide,the reasonable setting of front side guide and the transforming of the side guide ruler parallelism of the coiler,the steel block accident was avoided and the stability of the production was improved.By increasing 25mm on the side guide secondary short stroke while the thickness of the strip steel below 3.5mm,the head of the strip steel and the head telescoping are well control,the defective products due to telescoping decreases eighty percent.By implementation of ladder pressure control while the thickness of the strip steel below 6.0mm,the consumption of the side guide plate is greatly reduced,and the cost of the production reduces one million Yuan each year.

coiler;side guide;control strategy;position control;pressure control

TG333.2+4

B

1004-4620（2014）04-0021-03

2014-02-26

趙磊，男，1985年生，2010年畢業于內蒙古科技大學材料成型及控制工程專業，雙學士?，F為山鋼股份濟南分公司熱連軋廠助理工程師，從事熱軋帶鋼卷取工藝控制及優化工作。