熱卷箱控制在濟鋼熱軋產線的應用

許文強

（山鋼股份濟南分公司檢修工程公司，山東濟南　250101）

熱卷箱控制在濟鋼熱軋產線的應用

許文強

（山鋼股份濟南分公司檢修工程公司，山東濟南250101）

針對濟鋼1700熱軋產線熱卷箱控制鋼卷卷形較差、移送功能控制不穩定、卷徑控制計算不精準等問題，通過優化彎曲輥的模型計算參數、增加移送冗余控制、實施卷徑分層計算等措施，實現了熱卷箱控制的穩定運行，熱卷箱作業率提高了30%。

熱軋產線；熱卷箱；輥縫控制；數學模型；卷徑計算

1　前言

針對濟鋼1700熱軋產線較短、除鱗效果不好、頭尾溫差較大、控溫效果差、質量提升出現瓶頸等問題，2012年對熱軋產線進行了重點改造，主要增加了熱卷箱設備。通過近幾年熱卷箱的運行及系統優化控制，使得熱卷箱的控制穩定性大大提高，熱軋產品質量快速提升。

2　熱卷箱控制功能

濟鋼1700產線應用的是第二代熱卷箱控制，采用雙液壓缸分別控制入、出口彎曲輥，通過非線性的數學模型控制來實現彎曲輥輥縫的調節。根據模型的復雜計算，可以間接計算出彎曲輥在空間的運動軌跡，此種控制方式可滿足輥縫更精確而靈活的控制需求，可精確地擺出所需輥縫，從而實現無芯鋼卷卷眼的形成。熱卷箱的自動化控制主要分兩大部分，直通控制和熱卷箱方式控制。直通方式下，熱卷箱各工位高度設置為軋線水平位置，入口偏轉輥和成型輥都下降到下位，開卷臂抬起到原始位置，熱卷箱的各個輸出輥道可看作是粗軋輸出輥道的延長，直接與飛剪的入口輥道相連，由熱卷箱發出控制命令，實現熱卷箱的輥道速度控制。在使用熱卷箱的控制過程中，熱卷箱按時序工藝流程分為兩段:卷取控制和開卷控制。

卷取控制過程中包含的主要功能有:帶鋼頭跟蹤、尾部跟蹤，彎曲輥輥縫控制，各輥卷取的速度控制，鋼卷直徑計算，1#托卷輥的接觸控制和尾部自動定位ATC等。開卷控制過程主要有鋼卷移送控制、夾送輥輥縫控制、開卷速度控制、開卷卷徑計算、開尾銷的插入控制等。

3　熱卷箱出現的幾個問題

熱卷箱在濟鋼熱軋投入之初，由于設備控制穩定性差，再加上現場設備所處環境較惡劣，造成設備問題不斷，嚴重影響了濟鋼1 700產線的生產節奏，也影響了熱軋薄規格產品的開發及軋制。

3.1卷形質量差

熱卷箱在投入后，由于彎曲輥的輥縫控制不穩定，輥縫不能精確擺動正常位置，熱卷箱1A、1B控制輥的階梯控制不好，造成鋼卷磕碰控制輥的情況時有發生，熱卷箱大臂壓力環控制不穩定。這些問題直接導致了熱卷箱的鋼卷卷形質量較差，出現橢圓形鋼卷，鋼卷卷形較松，鋼卷錯卷，出現塔形、鋼卷起套等問題，嚴重制約了后續軋制工序的進行，成材率不高。

3.2卷徑計算不精準

熱卷箱在高速卷取過程中，主要依靠彎曲輥和1A輥來進行卷徑計算。鋼卷在卷取控制的過程中，高速旋轉與控制輥產生摩擦會造成打滑，導致通過控制輥及速度計算的鋼卷卷徑時大時小，很不穩定。同時控制輥的磨損也會影響卷徑的計算。卷徑計算不準確，影響后續熱卷箱開卷控制的時序。

3.3鋼卷尾部定位不準

鋼卷在卷曲完成后，需要對鋼卷的尾部進行定位，從而實現對鋼卷的正常開卷。熱卷在卷曲過程中，速度控制是一項復雜的運算。為了保證卷曲的順利進行，加入速度超前率等參數，尾部定位跟蹤也會出現相應的變化，再加上產品規格、板型控制的影響，使得鋼卷的自動尾部定位很難精確控制。尾部定位不準，會造成開卷刀不能正常的插入鋼卷，影響開卷的正常進行，對鋼卷的溫度控制造成較大的影響。

3.4鋼卷移送功能不穩定

熱卷箱在卷取完成后，開卷刀開卷，通過控制移送輥道對鋼卷進行順次移送。在移送過程中需要推卷輥和托卷輥2A、2B、3A、3B等移送輥道聯動控制。由于現場環境差，檢測元件不穩定等原因，造成鋼卷移送功能不穩定，鋼卷不能準確移送，經常自動停在輥道上，影響軋鋼控制。

4　解決方案

針對熱卷箱在應用過程中出現的各種問題，提出了針對性的解決方案并對熱卷箱的控制進行了技術改造及系統優化。

1）熱卷箱鋼卷卷形主要通過彎曲輥的輥縫來控制。在鋼卷卷取進缸初期，通過彎曲輥的預擺輥縫使帶鋼的內卷成形，其初始卷徑一般控制為600 mm，隨著帶卷的卷取，卷徑慢慢增大，彎曲輥輥縫也實時地進行慢慢調節。各種帶坯厚度對應的彎曲輥初始輥縫設定都是由二級計算模型進行計算，由彎曲輥液壓缸及位移傳感器進行精確調節控制。彎曲輥輥縫控制結構如圖1所示。根據現場的應用情況，重點對數學控制模型的參數進行微調，優化帶鋼的模型控制結構。同時針對開卷臂的壓力控制進行優化，調節控制閥的應用參數，保證鋼卷卷緊，卷形穩定。

圖1　彎曲輥輥縫控制結構

2）卷徑計算的問題涉及許多方面，如熱卷箱速度控制、控制輥的輥徑測量、帶鋼的厚度、寬度等。從程序原理控制方面進行優化修改較為復雜。重點對卷徑計算完后的分層控制進行了研究，提出了針對不同規格的卷徑優化方案。通過規格細化對真實卷徑進行補償，基本實現了鋼卷卷徑準確計算。

3）鋼卷尾部定位受到卷徑控制、速度控制、板形控制等影響，自動定位有時會出現偏差。針對應用的特殊性，參考了卷徑計算的分層控制，對不同規格分別實行了各自定位，并開發實現了鋼卷定位的手動補償功能。

4）鋼卷移送功能的機械結構較為復雜，其各輥控制都是獨立控制，出現問題的概率較大。一旦有一個輥的控制出現問題，整個移送功能就失敗了。針對這個情況，在正常使用的基礎上開發完善了對熱卷箱移送輥控制的參數調整，并編寫了異常情況下的應急操作步驟。當移送輥道出現問題時，不會影響熱卷箱的正常使用。主要對熱卷箱的2A、2B、3A、3B的控制參數進行了修改完善，并增加了冗余控制功能，當出現問題時能夠快速切換備用的控制參數，完成鋼卷的順利移送。

5　熱卷箱應用效果

濟鋼1700熱軋線設計緊湊，整條產線設備比國內同類型生產線短，根據產線的實際情況，優先采用了上述控制的第二代無芯卷取的熱卷箱。通過在實際應用中的進一步技術改造，大大提高了熱卷箱控制系統的穩定性，使熱卷箱的有效作業率提高了30%。熱卷箱的穩定運行使得帶鋼的頭尾均溫，保證了軋機勻速軋制，從而改善軋制質量、提高產品成材率。同時由于熱卷箱的應用，拓寬了1700熱軋產線薄板產品的規格，并使得穩定軋制1.5 mm厚的超極限規格產品成為可能。對某些表面質量要求較高的產品，熱卷箱還具有良好的除鱗優勢。濟鋼熱軋廠在增加熱卷箱后，產品質量迅速提升，經濟效益顯著。

TG334.9

B

1004-4620（2016）05-0078-02

2016-08-05

許文強，男，1982年生，2005年畢業于青島理工大學自動化專業。現為濟鋼檢修工程公司工程師，從事熱軋電氣自動化技術應用及維護工作。