冶金工業軋制工藝的自動化技術發展研究

李小明

（南京鋼鐵股份有限公司特鋼事業部，江蘇 南京 210035）

中國冶金工業經過多年發展處于艱難轉型期，軋制生產是成品材加工的主要工序，對提高產品質量，合理使用資源十分重要。第4 次工業革命到來為傳統產業帶來新的發展契機，軋制自動化技術在提升企業核心競爭力中起到至關重要的作用。文章對現代冶金工業軋制自動化相關主要技術未來發展趨勢做出展望。

1 冶金工業軋制工藝自動化技術發展現狀

傳統意義的軋制自動化系統為典型由基礎自動化系統，過程自動化與生產自動化系統組成的三級結構。隨著軋制工藝進步，軋制自動化技術內容有了擴展，向后可以外延到以生產管控為核心的制造執行系統，向前包含以電氣與液壓傳動為代表的設備執行系統。

1.1 設備執行系統

軋制中的設備執行系統主要包括各類電動機與開關等，自動化控制關鍵設備主要為軋制機的主傳動電動機控制。軋制主傳動系統要求電流和速度響應快，轉矩脈動低。過去很長一段時間內以直流傳動為主，直流電動機固有缺陷制約了軋機主傳動箱高速化方向發展。隨著矢量控制等先進控制算法出現，交流變頻調速系統取代直流調速系統［1］。

交交變頻容易實現電動運行，正反轉，具有轉換效率高等優點，目前國內已在低速的大功率軋制傳動中得到成熟應用。交交變頻系統具有調速范圍窄等缺點。交直交交變頻調速能克服以上缺點，但交直交型軋機主傳動技術目前基本被國外幾家公司壟斷。2013 年，國內首次將交直交變頻技術應用于超寬幅鋁合金板帶熱連軋生產線，對促進技術進步產生重要影響。

1.2 基礎自動化系統

軋制中的基礎自動化系統采用高性能控制器等對軋機進行直接控制，承擔各種生產工藝參數的計量檢測任務，控制主要依據金屬檢測器，測力儀，測厚儀等檢測儀表，通常配置人機接口系統。L1 級通關現場總線等多種通信與L0 設備執行級進行數據交換。

基礎自動化是設備與工藝直接銜接的重要部分，生產工藝控制復雜，基礎自動化復雜程度越高，如熱軋帶鋼生產中，速度級聯控制等在L1 級中實現。中冶金企業中的控制系統基本得到普及，由于L1 級控制直接關系到設備執行情況，針對技術升級改造是近年最為頻繁的。中國在系統集成控制上已具備與國外先進技術抗衡的能力，成套技術已應用于武漢鋼鐵公司1700 等熱軋生產線。目前L1 級使用的高性能控制器等核心硬件依賴進口。

2 冶金工業軋制工藝自動化關鍵技術

軋制中涉及到的自動化設備系統較多，軋制自動化技術實施目的是提高生產效率，降低生產成本等，包括對自動化系統一次性投資等進行控制，產品質量包括表面狀況等方面。

軋制產品外形尺寸控制技術主要指按產品尺寸設定值要求進行的動態調整技術，相對成熟的AGC 技術包括根據軋機出口測厚儀測出厚度偏差調節輥縫，根據入口測厚儀測得厚度偏差調節輥縫，根據各機架入出口金屬秒流量恒定原理調節輥縫等，各種AGC 控制實施效果與模型計算精度，檢測儀表響應速度等有密切關系。

冷軋中速度快，產品精度要求高，不同機架需采用不同的AGC，通常需要加入加減速中慣性補償等功能，以得到理想的控制效果。目前現代冷連軋機組厚度偏差精度可以控制在厚度尺寸的±1%內。

3 軋制工藝自動化技術發展趨勢

3.1 高端裝備技術的研發

中國大型冷熱連軋機，大批先進設備制造已基本實現國產化。軋制自動化技術發展，相關技術與大數據等信息化概念的融合是重要方向。需重點關注進口的關鍵技術的自主研發［2］。

冶金軋制領域基本普及了多級自動化功能的檢測系統，但中壓交直角軋機主傳動，或軋制線高端檢測分析儀表，都依賴國外進口，這些設備的研發有大量工作需完成。

具有高精度軋制能力的成套裝備技術成為重要的發展方向。中國已具備交交變頻主傳動能力，但核心控制器軟硬件依賴進口。整體先進的大功率交直交中壓變頻軋機主傳動系統，國內沒有具有市場競爭力的成熟設備，導致冶金企業投資成本處于被動狀態。

中國掌握熱連軋全線計算機控制系統技術后，企業建設同等水平生產線投資成本將縮減原有1/4. 高端技術不僅會降低使用成本，也是提高中國冶金行業產業競爭力的必由之路。

3.2 精準快速化檢測技術研究

發展高精度快速化的檢測技術能降低企業設備維修成本，增加產品質量穩定性。主要包括產品質量綜合監控，多功能質量缺陷檢測技術等，非線性信號處理方法有望提高設備故障診斷準確性。

隨著計算機技術，信號處理技術的不斷完善，基于Internet 的遠程監控技術，微型智能傳感器，激光與遠紅外測量技術等新技術應用于設備狀態監測。很多國外冶金企業搭建了融合核心業務的信息網，為生產線的高度信息化管理奠定了堅實的基礎，利用先進的檢測技術可以實現快速化監測控制。有利于整合生產線裝備信息。

3 結 語

中國冶金裝備與自動化技術研發起步較晚，缺少核心自主知識產權，對能耗等統籌優化不完善，但目前中國冶金工業各方面具有雄厚的基礎，得益于國家企業投入，材料加工國家重點學科，大型企業研發中心等建設，使相關軋制生產核心裝備得以快速發展。

目前受到產能過剩等影響，多數企業意識到技術升級的必要性，面對第四次工業革命浪潮的契機，實施工業轉型升級專項行動等舉措。為軋制技術相關領域技術發展帶來新的機遇。以大數據，云計算等為及時的，以模型控制等為主要內容的軋制自動化技術將向信息化方向快速發展。