厚板軋機輥縫零點自動修正模型

苗雨川

(寶山鋼鐵股份有限公司厚板部,上海 201900)

鋼板目標厚度的控制精度是寬厚板軋機的一個非常關鍵的指標,對于鋼板的成材率、用戶合同的達標等方面都十分重要。在寬厚板軋機的控制系統中,影響厚度的因素有很多,因此厚度的精確計算十分復雜。在建立厚度設定計算模型時,輥縫自學習修正值是重要的參數,只有得到準確的輥縫修正,才能得到精確的厚度,以達到最佳的軋制效果。

1 厚板輥縫計算

通過厚度計算公式可得到鋼板軋制后的厚度:

h=s+Δhstand+Δhroll-ΔhMorgoil-

Δhthermal+Δhwear-s0

(1)

式中:h為鋼板出口厚度;s為設定輥縫;Δhstand為因軋機彈跳引起的厚度變化;Δhroll為因軋輥變形、壓扁和輥型變化引起的厚度變化;ΔhMorgoil為因為軸承油膜引起的厚度變化;Δhthermal為軋輥的熱膨脹引起的厚度變化;Δhwear為軋輥磨損引起的厚度變化;s0為軋機零點。

軋機的彈跳計算如下:

(2)

式中:P為 軋制力;M為 軋機剛度。

通過比較實際測量厚度和所謂彈跳厚度,可以確定厚度的誤差:

Δh=hmeas-(s+Δhstand+Δhroll-

ΔhMorgoil-Δhthermal+Δhwear-s0)

(3)

式中:hmeas為測量厚度。

在計算彈跳方程中各項時,需要用到測量軋制力、速度等,以及當前軋制輥的熱凸度和磨損。

當厚度可測量時,可以利用相關數據對零點進行修正,這樣,輥縫零點修正Δs0(即ZPC)根據以下公式進行:

Δs0_new=Δs0_old+k(hmeas-h)

(4)

式中:k為平滑系數,取值在[0,1]之內,以保持穩定的過程。

2 輥縫零點影響因素分析

從軋機的輥縫計算公式可以看出,對鋼板厚度和軋機輥縫產生影響的因素有很多,包括軋機的彈跳、軋輥的熱膨脹和磨損、油膜厚度以及軋輥輥型等軋機設備因素,也有軋件本身的尺寸因素。厚板生產的特點是軋制品種規格變化頻繁,1塊鋼板的軋制道次多,意味著軋機的工作狀況變化非常頻繁,輥縫零點的變化也就十分地不確定。根據厚板的實際工作狀況,以下因素對輥縫零點的變化有重要的影響。

2.1 軋件厚度

軋制穩定和單一的規格時,軋機的零點變化趨于穩定[1]。而厚板生產中,從板坯到軋制成品,每塊鋼板的軋制道次總數可達20～30道次,軋制壓下位置的工作范圍很大。同時,一個生產計劃中規格變化頻繁,會加大對輥縫零點的波動,軋機零點變化的不確定性變大。因此,軋件厚度規格的變化對輥縫零點而言是一個重要的影響因素。

2.2 軋件寬度

受測試條件和復雜度影響,輥縫計算模型中的軋機剛度一般來自全壓靠測試,軋制過程中軋機的實際彈跳曲線與軋件寬度有關[2]。厚板產線的鋼板寬度范圍變化非常大,窄幅鋼板和寬幅鋼板軋制時,寬度對于軋機彈跳的差異就大得多,需要在輥縫零點修正的計算中考慮寬度的影響。

2.3 軋制力變化

根據軋機的彈跳計算公式看,軋機的彈跳和軋制力以及軋機剛度直接相關。通常為了簡化計算,對軋機的剛度曲線采用線性化處理,實際上不同的軋制力引起的彈跳不同,特別是在軋機的較小工作軋制力區間。對于厚板軋制而言,鋼板的各道次軋制力或者前后鋼板的末道次軋制力都會有很大的變化,采用同樣的軋機模數計算彈跳對輥縫計算而言不是十分精確,因此輥縫零點修正需要考慮軋制的變化。

2.4 軋制節奏

厚板生產的模式很多,有常規軋制(單塊不待溫)、熱機軋制(控軋控冷)、多塊鋼組批軋制,軋制節奏變化頻繁,另外也會出現設備故障或者生產臨時停止的情況,軋制節奏不穩定會影響到軋機的工作狀態,包括軋輥的熱膨脹狀態,從而影響軋機的輥縫零點。

3 厚度控制現狀

國內某寬厚板軋機的厚度自適應功能僅僅為短期自適應,并且僅僅針對厚度的絕對偏差進行修正,沒有考慮前后兩塊鋼板的厚度寬度規格變化、工作軋制力變化等帶來的影響。當規格、品種、軋制力和前后道次控制偏差等發生變化時,厚度就出現較大的波動甚至錯誤,很多情況下,操作輸入的前后鋼板的零點修正偏差在2 mm以上,這樣大幅度的零點修正波動增加了軋制的不穩定性,導致厚度質量封鎖,也影響了產線的成材率。此外,現有的厚度自適應模型沒有考慮軋制節奏出現較大變化(如軋制間隙時間長)時對厚度的影響。

由于原有模型考慮的因素過于簡單,該功能的投入率十分有限,更多情況下是操作人員根據經驗從操作畫面進行輥縫零點修正的干預。人工經驗的差異和判斷準確性的不夠也導致了很多的厚度精度異常,成為實際生產中的一個控制難點。

4 輥縫零點自適應模型建立

為了解決該厚板軋機厚度控制中的問題,決定對輥縫零點修正模型進行優化。結合本文分析的影響厚板軋機輥縫零點修正的因素,確定建立層別化的零點自適應修正模型,提高輥縫零點的計算精度,以改善厚度控制精度。

4.1 自適應模型層別化設計

新的輥縫零點修正分為長期和短期方式進行自適應,以應對規格相同和規格變化的情況。模型參數層別包括目標厚度、末道次壓下量、末道次計算軋制力層別以及目標寬度層別。具體見表1。

表1 輥縫零點自適應參數層別化設計Table 1 Zero point correction parameters

4.2 程序實現

根據前文描述的輥縫設定計算和零點修正計算公式,輥縫零點修正包括參數的更新計算和后續鋼板輥縫設定計算的使用兩個部分,分別在自適應程序和道次計算程序中實現,參數更新和參數的使用流程如圖1所示。

4.3 實際應用

新的輥縫零點修正模型在線投運初始階段,以數據參數建立和更新為主,并將自動學習的參數和實際使用的準確參數進行比對,對層別分類以及模型參數進行調試,待模型運行穩定后再切換到使用和更新并舉的模式。

圖2為在線應用的厚板軋機L2畫面,圖中紅色方框內為厚度自適應模型計算出的ZPC值,藍色方框中為在線軋制鋼板的正在使用的ZPC數值。

模型經過一段時間的應用后,對零點修正數據進行了統計分析,新的層別模型計算的輥縫零點預測精度有較大提升,另外零點修正的波動量也較比原有模式的穩定性大幅提升。從2018年1～3月未投入厚度自適應模型數據來看,操作工調整的零點波動為0.509 mm;在新模型投入應用后,對2019年1～3月的數據進行了對比分析,結果零點整體波動幅度為0.254 mm,下降約50%。

圖3為新的輥縫修正自適應模型使用后的波動情況。

需要說明的是,每次換輥后,根據累積經驗設置的初始零點在-1.0 mm左右,可以看出零點是以此為中心分布的。

5 結論

通過對現有輥縫零點波動情況的分析,提出了采用對鋼種、軋件尺寸和末道次軋制力等因素建立輥縫零點自適應層別模型。實踐表明,將零點自適應參數進行分類能更有效地將厚度控制誤差與鋼板的品種、規格和道次規程對應起來,后續的鋼板和生產過程的輥縫設定有更好的針對性,有效提高了輥縫預測的準確性,進而提升了厚度精度。此外,該自適應模型的投入使用也一定程度上降低了操作人員的工作強度。