軋機軟啟動控制優化

蘇偉強

（寶鋼湛江鋼鐵有限公司冷軋廠，廣州 湛江 524033）

日立軋機的軟啟動是軋機正常生產的開始，切換規格或斷帶處理結束后需要進行穿帶啟動，此時機架內帶鋼為熱軋板帶鋼。某酸軋機組在軟啟動過程中頻繁發生啟動跑偏，嚴重時還發生啟動開腔的情況，造成機組長時間停機。帶鋼跑偏導致軋輥損壞、帶鋼成材率低，同時增加了機組啟動的次數，不利于厚度精度的控制[1]。

1 軋機軟啟動控制工藝

軋機軟啟動軋制屬于非穩態軋制，軟啟動軋制過程從軋機穿帶啟動至軋機各機架軋制力、張力、厚度都達到目標值并趨于穩定，此時主令速度切換到AGC運行的最低速度，軋機AGC控制投入，軟啟動控制結束，日立軋機的軟啟動模式主要用于機架內的熱軋板啟動。其啟動過程主要步驟如下：

（1）每個機架啟動前壓靠軋制力按L2設定的80%進行壓靠。

（2）軋機啟動后機架使用恒軋制力方式啟動，機架間張力利用前后機架間的速差進行控制。

（3）當5#機架出口帶鋼厚差在設定目標±10%內或者1#機架壓靠點離開軋機內，軋機控制模式由軟穿帶模式切換到AGC控制。

軋機軟啟動時處于一種非穩定軋制的狀態，從軟穿帶模式切換到秒流量控制模式的過程中，各機架的張力、軋制力、厚度都處于一種非穩定狀態，每個參數相互影響，軋制參數的劇烈波動會影響到穿帶啟動的穩定性。

2 軋機軟穿帶模式下啟動跑偏分析

在啟動時帶鋼壓下量橫向沿帶鋼中心線分布不對稱，會導致操作側（OS）和傳動側（DS）的帶鋼在機架入口速度和出口速度不一致，是帶鋼軋制過程中發生跑偏的根本原因，其主要影響因素如下。

圖1 帶鋼軋制過程中發生跑偏原因分析圖

（1）軟穿帶啟動前帶鋼中心線偏離了軋制中心線，軋機啟動后發生跑偏[2]。

（2）軟啟動前輥縫校零沒有把傾斜消除，傳動側和操作側形成初始輥縫差。

（3）來料存在楔形，兩側延伸率不一致。

（4）軋機在啟動過程中機架間的張力控制異常，導致帶鋼在無張力的情況下運行發生跑偏。

2.1 機架傾斜對跑偏的影響

日立軋機換輥后會根據輥徑對軋制線進行調整，軋制線的標高以上工作輥的下表面未基準，通過軋制線的調整保證換輥后輥面在軋制線上。當壓靠軋制力達到200t后，有帶鋼輥縫校零完成，系統出于板型控制的考慮，在壓靠輥縫的過程中，即使兩側存在軋制力差或兩側油缸存在油高差，系統不會進行自動調整，保持停機前的傾斜大小。

當軟啟動前，5#機架的傳動側與操作側的輥縫不一致，啟動后機架內容易發生跑偏、擦邊、堆鋼的異常。如傳動側輥縫比操作側輥縫偏大，此時操作側帶鋼延伸率相對增大，帶鋼出輥速度增大，進輥速度相對減小。而傳動側輥縫相對偏大，帶鋼的延伸相對減小，帶鋼出輥速度減小，帶鋼帶從軋制中心線向延伸率小的傳動側偏移。

圖2 異常穿帶運行曲線數據

圖3 傾斜調整與張力差變化

如圖3所示為采用軟穿帶模式啟動曲線數據，根據曲線數據可知啟動前5#機架的油缸傾斜為280um，傳動側的輥縫位置比操作側大280um。從曲線上分析可知啟動后張力差為0.42t（TWS-TDS）。隨著5#機架傳動側輥縫的打開，張力差逐漸變小，傳動側張力變大，帶鋼往傳動側偏移。當傳動側輥縫變小時，操作側張力逐漸變大，帶鋼往操作側偏移。因此啟動前軋輥處于傾斜狀態會造成帶鋼在運行過程中偏移軋制中心線，傾斜不及時調整會導致帶鋼運行發生跑偏。

圖4 異常穿帶運行曲線數據

2.2 機架間張力對跑偏的影響

帶鋼兩側壓下量不一致時，導傳動側與操作兩側的延伸不均，從而使沿帶鋼橫向張力分布發生相應的變化。延伸較大的一側張力減小，而延伸較小的一側張力增大[3]。張力增大后，受張力的拉伸影響，延伸率增大，這樣就自動地起到糾正跑偏的作用。

提高機架間的帶鋼張力可增加帶鋼與輥子的橫向靜摩擦力，有利于增強帶鋼運行的穩定性，且增大張力能起到一定的糾偏作用，減少帶鋼跑偏的可能性。如果在穿帶啟動過程中，帶鋼張力波動過大或失張會影響帶鋼與輥子間的靜摩擦力，加大帶鋼跑偏的可能性。

通過分析現場的曲線數據發現軋機軟啟動過程中4機架～5機架存在失張的運行的情況，帶鋼在沒有張力的情況下運行導致帶鋼發生跑偏。啟動時每個機架的軋制力都存在下跌的情況，但4#機架的軋制力從256t下降到188t。在程序中設定了一個最小軋制力的保護，當機架的軋制力小于190t后，系統會認為壓靠異常直接把3機架～4機架、4機架～5機架的張力控制切斷。

2.3 啟動過程中軋制力下降原因分析

軋制力可以按照下式進行計算：

L即為接觸弧長，穩定軋制階段以及啟動前可以分別用圖5、圖6表示。

圖5 穩速軋制過程示意圖

圖6 靜止加載時示意圖

圖5中的AC弧長即為接觸弧長，由于冷軋的咬入角不大，僅6°左右，AC弦長約等于弧長，計算時可用AC弦長代替弧長。在不考慮軋后帶鋼彈性恢復的情況下，接觸弧長為半條圓弧，只和入口厚帶鋼接觸，出口帶鋼由于已經軋制到目標厚度，除了彈性恢復部分外，其它部分不與軋輥接觸。

圖6中從靜止壓靠軋制力到啟動過程中，由于軋輥前后帶鋼厚度一樣，接觸弧長為ACD弧長，而非軋制過程中的AC弧長度。在啟動前后，由于接觸弧長的變化，導致啟動瞬間軋制力下降。

同時啟動后機架出口帶鋼厚度突然變薄，而前張力總張力不變，造成機架出口的單位張力突然變大從而造成啟動瞬間軋制力下降。軋機軟啟動過程中，軋制力下降是無法避免的，但不能因軋制力的下降導致張力控制異常，需要對該控制邏輯進行優化。

3 軋機軟啟動控制優化

日立軋機的1#-4#機架不具備ALC自動傾斜調節功能，同時HYROP推上控制系統的傾斜具有記憶功能。在不進行手動調整或發生系統重故障的情況下，油缸高度差是不會自動清零，在來料跑偏或者輥子裝配精度存在誤差時，輥縫校零后的傾斜不合適造成軟啟動跑偏。

措施1：在輥縫校零時對兩側的油缸位置進行實時監測，并對操作畫面以及報警信息進行優化，在畫面上顯示機架的兩側油缸的高度差，若機架油缸的傾斜大于1mm后發出報警信息。

措施2：校輥時不能認為兩側推上缸高度一致認為輥縫就處于水平，需要考慮輥子裝配誤差，零輥縫位置需要以軋制力差的大小為基準，把軋制力差控制在10t以內才能認為輥子處于水平狀態。

措施3：軋機速度等于0mpm時，軋機入口的CPC自動切換到手動模式，避免機組停機時CPC在誤動作，導致穿帶啟動過程中帶鋼發生偏離軋制中心線的情況。

機架間的張力對帶鋼的運行起到糾偏的效果，若啟動過程中發生失張，帶鋼容易在機架內發生跑偏。軋制力在啟動瞬間出現下降的情況無法避免，但不能因軋制力過小把張力控制切斷，需對最小軋制力的設定邏輯進行優化。

措施1：原系統中最小軋制力設定為固定的190t，對于軟料、寬度窄的帶鋼，設定的軋制力只有300t～400t左右，按設定的80%設定軋制力啟動，啟動瞬間的軋制力容易小于190t。根據實際的生產情況，按帶鋼寬度給出不同的最小軋制力，在程序中利用插值法實現最小軋制力動態設定，最小寬度600mm對應150t軋制力，最大寬度1500mm對應190t軋制力。

4 結論

通過分析軋機軟啟動過程以及穿帶啟動過程中導致帶鋼跑偏的因素，并對啟動過程中的針對日立軋機的特點傾斜進行監控，同時根據軋機啟動瞬間軋制力會下降的特點，優化張力的控制聯鎖避免異常導致帶鋼跑偏拉壞設備，提高機組生產的穩定性。