冷軋平整機延伸率控制系統應用探討

石 旭

（河鋼集團唐鋼公司，河北省唐山市，063000）

隨著我國企業生產工業化水平的逐步提高，人們對于產品生產精度水平以及產品質量等均提出了更加嚴格的要求，因此，在生產過程中，需要采取相關技術手段加強生產控制。冷軋平整機是現階段機械產品生產制造業需應用的重要設備，在生產過程中，延伸率的控制水平直接關系著平整工藝的應用效果，因此，相關企業一定要針對冷軋平整機延伸率控制系統的應用進行深入分析，確保產品質量。

1 冷軋平整機設備的應用意義

在企業生產作業過程中，為了全面保證產品規格及質量，進行帶鋼的平整處理是一道必然工序，能夠有效控制版形、提高產品尺寸精度、同時確保帶鋼產品良好的力學性能水平。在生產過程中，冷軋帶鋼在退火初期硬度水平較低，帶鋼的平直度、光潔度以及組織性能等元素均無法全面滿足產品的應用標準，因此，需要通過對帶鋼產品實施相應的平整處理，進一步改善產品質量，使其符合應用需求。在這一作業過程中，冷軋平整機具有重要的應用價值，主要體現在以下幾方面：

首先，能夠提高帶鋼產品平直度水平。帶鋼產品在冷軋退火后硬度及性能水平較差，表面平直度不足，同時，部分薄帶鋼在其冷卻的過程中會在應力的影響下出現雙邊浪的現象，降低產品質量。在這種情況下，可以將冷卻到相應標準的鋼卷通過冷軋平整機進行平直處理，使其在設備（0%～3%）的標準狀態下給予一定壓力，從而滿足其平直標準。

其次，能夠改善產品力學性能。在冷軋平整機工作運行狀態下，對著運行壓力水平的逐步提高，帶鋼對應的屈服極限延伸空間就會隨之縮減，抗拉強度水平提高，全延伸降低。通過對設備壓下率參數的控制能夠促進帶鋼力學性能的改善，彌補傳統生產過程中呂德斯線的皺紋缺陷以及屈服平臺部分的拉伸應變等漏洞問題，增加其彈性變形區域。

再次，能夠降低粗糙度。為了能夠進一步提高帶鋼質量，還應采取相應措施對其表面粗糙度加以處理，使其符合產品應用需求。在這一部分企業引入了延伸率的概念，以此對帶鋼二次變形的較小壓下量進行精準定義，而此時對冷軋平整機延伸率的控制則成為關鍵的一環。延伸率實際上就是帶鋼在經平整處理之后延伸長度的比率值[1]。在生產過程中，測量延伸率的方式主要有兩種，一種是一種是將增量編碼器設置于平整機設備的出入口轉向輥軸的位置，然后對機架出入口帶鋼長度變化率參數加以計算。還有一種是直接應用激光測速儀設備對出入口部分的帶鋼速度進行測量與記錄，在此基礎上對出入口鋼帶速度的變化率加以計算。才這一過程中選用激光測速儀能夠有效保證數值的測量精度水平，同時還能夠防止測量輥上打滑現象對測量結果造成影響。例如柳鋼冷軋廠，其在生產中就采用了激光測速法，并且在機架的出、入口測張輥上安裝了增量型測速編碼器，通過二者功能的結合進一步提高了平整處理質量。

2 冷軋平整機延伸率控制系統應用要點

帶鋼延伸率水平主要受帶鋼材料本身的寬度、厚度、粗糙度以及硬度等因素影響，同時與控制系統的張力及軋制力水平以及帶鋼速度等均有一定關聯。在材料的寬度、厚度、粗糙度以及硬度指數一定的條件下，延伸率的變化即可通過軋制力、張力及帶鋼兩邊速度的控制而實現，因此，在處理工作中為了能夠確保延伸率水平與設定標準相符，只需對其張力及軋制力水平進行調節即可[2]。如柳鋼冷軋板帶廠，該企業生產中就是在確保恒張力狀態下對軋制力的修正完成延伸率的控制的。

2.1 延伸率控制下的總軋制力

根據冷軋平整機延伸率閉環軋制力計算公式進行計算，首先需要明確反饋控制的軋制力附加設定值、前饋控制的軋制力附加設定值以及軋制力的預設值，然后利用斜坡函數發生器進行軋制力的輸出來進行CPU管理，實現軋制力壓下閉環控制[3]。該部分一定要注意將延伸率調節在標準范圍之內，不可以超過允許最大值，并且綜合生產工藝方面的要求對控制延伸率的軋制力門檻值加以明確。一旦延伸率超過標準范圍，則應發出警報并對機架出口的張力水平進行及時調節，減少延伸率設定等方式使軋制力調節值重新回到允許的調節范圍內，明確最佳工作點。

2.2 延伸率反饋控制的附加軋制力

通過比例積分控制器對冷軋平整機延伸率進行控制，并將控制器輸出值作為軋制力控制器的給定值。根據對應的標準公式進行計算，明確其中的系統增益值、延伸率偏差、積分時間常數以及程序采樣周期[4]。通常情況下，帶鋼冷軋作業中其延伸率水平是由工作輥輥徑及工作輥與帶鋼之間的摩擦力值、材料厚度值、寬度值等決定的，一旦外部條件發生變化，想要對延伸率水平進行控制，則應確保冷軋平整控制系統的增益情況與其向一致，此時可以通過增益動態修正的手段提高延伸率控制效果，從而得到最佳延伸率水平。因此，應明確上一掃描周期計算的軋制力給定值以及計算的增益、實際延伸率、積分時間常數、程序的采樣周期以及加減速調整因子。在冷軋平整機加速運行的狀態下，延伸率會逐步降低，而設備減速過程中延伸率則隨之逐步增加，實際延伸率長時間內偏差較大，因此可以在冷軋平整機減速、加速以及恒速狀態下對相關勻速進行調節，繼而提高對于加、減速對延伸率變化的響應水平。當軋制力控制延伸率的條件具備，并且在以定長為延伸率計算值有新值產生時，軋制力修正附加值便累加到壓下軋制力的設定[5]。

2.3 前饋控制下的加減速附加軋制力

在冷軋平整機運行加速及減速的過程當中，為了能夠確保延伸率的恒定狀態水平，其控制系統一定要具有足夠的靈敏度，實現延伸率的快速調節，但實際運行中，系統的外環響應通常存在一定的滯后性，因此，在加速或減速過程中會產生相應的延伸率波動情況。為例解決延伸率波動這一問題，確保延伸率的恒定狀態，可應用速度前饋軋制力預控的延伸率控制手段，在冷軋平整機設備發出加速運行或者減速運行的訊號時就及時獲得相應的軋制力增減修正參數，通過軋制力附加值的變化來抵御運行速度的改變對帶鋼延伸率水平所造成的影響。通常情況下，針對相同材質以及相同規格的帶鋼，如果延伸率水平基本穩定不變，那么冷軋平整機的運行速度越快，其產生的軋制力水平就越高。為了通過公式計算獲得具體參數值，應明確其中的帶鋼厚度、標準帶鋼厚度、帶鋼寬度、加減速軋制力補償增益，與帶鋼的鋼種、機組的速度相關，反映了單位帶鋼寬度的軋制力補償值。另一方面，在進行加減速軋制力補償增益計算的過程中，需要明確其中最大線速度、運行線速度、穿帶線速度以及速度前饋軋制力修正系數，實際加減速軋制力補償增益與其軋制力設定值、穿帶時軋制力設定值具有很大的聯系，同時還和帶鋼材料的密度以及硬度的性質有關，但是因為材料密度及硬度等相關物理性能及分布情況無法進行準確的測量，可以結合相應的模型自學習方法對其進行優化處理[6]。冷軋平整機設備中工作輥的表層粗糙程度對于其與帶鋼之間的摩擦效力水平具有直接性的聯系，加快運行速度二者間的摩擦力水平也隨之增加，繼而對帶鋼平整處理狀態的穩定性造成一定影響，致使軋制力延伸率出現明顯波動問題。因此，在進行實際作業過程中一定要注意控制突然加速或者降速等情況的出現，若需該表設備運行速度，則應改為慢速升降，從而降低對延伸率水平的影響。

2.4 延伸率前饋控制中預設軋制力

在二級計算機，根據來料物理特性和板形，設定延伸率，并以此決定預設軋制力fref的大小[7]。在明確在不同軋制力作用下不同規格帶鋼的延伸率參數后，通過相應計算獲得設定延伸率下的軋制力預設值。預設軋制力根據斜坡輸入的方式參與壓下軋制力的控制。

3 結語

為了能夠進一步滿足企業生產需求，確保帶鋼平整度水平，提高其尺寸精度水平，相關企業還需針對冷軋平整機延伸率控制系統的有效應用展開深入分析，加強技術應用實踐，對應用系統進行優化與完善，從而全面改善帶鋼生產質量。