酸連軋動(dòng)態(tài)變規(guī)格的研究和應(yīng)用

胡大偉

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司， 山西 太原 030003）

山西太鋼不銹鋼股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)太鋼）1450 酸軋機(jī)組投產(chǎn)于2014年上半年，由三菱日立設(shè)計(jì)并實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了二級(jí)數(shù)學(xué)模型全過(guò)程控制軋制技術(shù)[1]。動(dòng)態(tài)變規(guī)格控制技術(shù)是二級(jí)數(shù)學(xué)模型的核心，能夠有效的解決在機(jī)組變規(guī)格過(guò)程中的輥縫、參數(shù)設(shè)定值等問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)動(dòng)態(tài)變規(guī)格過(guò)程中控制理論進(jìn)行研究，比如研究變規(guī)格過(guò)程中的張力控制技術(shù)[2]，研究變規(guī)格過(guò)程中厚度控制方法[3]，研究變規(guī)格過(guò)程中邊降控制理論等[4]。

本文主要是通過(guò)修改變規(guī)格過(guò)程中加減速的控制方法，調(diào)整變規(guī)格過(guò)程中各模型參數(shù)的過(guò)程計(jì)算方法，從而實(shí)現(xiàn)鋼帶的穩(wěn)定通過(guò)率，減少帶頭帶尾的厚度超差長(zhǎng)度，進(jìn)而提高全線的成材率。

1 動(dòng)態(tài)變規(guī)格控制原理

動(dòng)態(tài)變規(guī)格FGC（Flying Gauge Change）是日立酸連軋二級(jí)軋制模型的一個(gè)重要功能，該功能可以保證機(jī)組在全線不停機(jī)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)模型中張力、速度、輥縫等參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)相鄰兩卷帶鋼的鋼種、厚度、寬度等的變換[5]。動(dòng)態(tài)變規(guī)格的觸發(fā)條件是前后帶鋼的厚度發(fā)生變化、寬度發(fā)生變化、二級(jí)參數(shù)模型發(fā)生變化等。圖1 表示動(dòng)態(tài)變規(guī)格的觸發(fā)時(shí)間點(diǎn)。動(dòng)態(tài)變規(guī)格最主要的目的就是使FGC時(shí)的預(yù)置誤差和實(shí)際誤差誤差達(dá)到最小，也就是達(dá)到FGC 和正常AGC 是同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而降低帶頭帶尾厚度超差長(zhǎng)度。

太鋼酸連軋機(jī)組動(dòng)態(tài)變規(guī)格功能的核心之處，是在最短的時(shí)間周期內(nèi)，將前后兩卷不同規(guī)格的鋼卷，自如的進(jìn)行軋制規(guī)程的切換。在變規(guī)格過(guò)程中，整個(gè)軋制過(guò)程都在動(dòng)態(tài)調(diào)整，比如張力、輥縫、速度、以及軋輥的彎輥和串輥值。這些關(guān)鍵參數(shù)的不斷變換，最終形成了有效的動(dòng)態(tài)變規(guī)格控制策略。如果動(dòng)態(tài)變規(guī)格功能在實(shí)現(xiàn)過(guò)程，各個(gè)參數(shù)不能有序有規(guī)則的進(jìn)行變換，當(dāng)前后帶鋼厚度、寬度發(fā)生較大的變化是，就會(huì)造成機(jī)組的斷帶、停車(chē)，甚至有可能造成軋輥的損壞。

圖1 變規(guī)格時(shí)間點(diǎn)

2 動(dòng)態(tài)變規(guī)格控制理論

動(dòng)態(tài)變規(guī)格是個(gè)連續(xù)、閉環(huán)控制理論，主要包含軋制力計(jì)算模型、張力計(jì)算模型、變形抗力計(jì)算模型、摩擦力計(jì)算模型等。

2.1 軋制力計(jì)算模型

式中：P 為軋制力；b 為鋼卷寬度；kp為變形抗力參數(shù)；μ 為摩擦系數(shù)；Dp為摩擦力影響；k 為張力控制值；ZP為自學(xué)習(xí)系數(shù)；R'為工作輥?zhàn)冃伟霃剑籋 為軋機(jī)入口厚度；h 為軋機(jī)出口厚度；r 為壓下率。

2.2 張力計(jì)算模型

式中：kp為變形抗力參數(shù)；tb為后單位張力；tf為前單位張力。

2.3 變形抗力計(jì)算模型

式中：H1為1 機(jī)架前的厚度實(shí)際值；H 為厚度設(shè)定值；h 為出口厚度值；β 為常數(shù)(α=0.75)；ks為變形抗力影響；hm為平均厚度；k0，m，n 為變形抗擊參數(shù)。

2.4 摩擦力計(jì)算模型

式中：vr為軋輥速度；Nr為換輥后軋制的鋼卷數(shù)量；r為壓下率；μ0—μ6均為常數(shù)。

2.5 動(dòng)態(tài)變規(guī)格的流程

圖2 表示酸連軋機(jī)組在正常軋制鋼卷時(shí)，動(dòng)態(tài)變規(guī)格是如何執(zhí)行程序操作的。第一步先判斷焊縫離軋機(jī)還有多遠(yuǎn)的距離，并實(shí)時(shí)檢測(cè)是否需要介入動(dòng)態(tài)變規(guī)格，信號(hào)來(lái)自全線的5個(gè)焊縫檢測(cè)點(diǎn)；第二步不斷接收二級(jí)模型下發(fā)的張力、輥縫、速度等設(shè)定值；第三步動(dòng)態(tài)變規(guī)格自學(xué)習(xí)功能投入，將自學(xué)習(xí)的參數(shù)一并下發(fā)到設(shè)定值中。第四步判斷是否觸發(fā)動(dòng)態(tài)變規(guī)格的條件；第五步觸發(fā)動(dòng)態(tài)變規(guī)格的計(jì)算功能，實(shí)現(xiàn)焊縫的穩(wěn)定通過(guò)；第六步動(dòng)態(tài)變規(guī)格執(zhí)行完畢。

圖2 動(dòng)態(tài)變規(guī)格流程示意圖

3 調(diào)整動(dòng)態(tài)變規(guī)格的策略

3.1 加減速設(shè)定

變規(guī)格過(guò)程中，機(jī)組會(huì)自動(dòng)降低軋機(jī)軋制速度，達(dá)到最低速度后，穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后，再自動(dòng)加速。在自動(dòng)加減速過(guò)程中，如圖3 所示，a 值越大，加速越快，因此在變規(guī)格過(guò)程中，需要的時(shí)間也越緊迫，造成鋼帶在焊縫通過(guò)1號(hào)機(jī)架進(jìn)入軋機(jī)時(shí)，易發(fā)生斷帶的情況。因此，結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用回歸方程推導(dǎo)出，當(dāng)a=a1時(shí)，焊縫通過(guò)性最強(qiáng)。

圖3 動(dòng)態(tài)變規(guī)格和軋機(jī)速度的關(guān)系

3.2 張力補(bǔ)償設(shè)定

動(dòng)態(tài)變規(guī)格過(guò)程中，由于前一卷和后一卷規(guī)格不同，二級(jí)下發(fā)的參數(shù)也完全不同。尤其是在鋼卷寬度和厚度都不同的情況下，張力波動(dòng)是很大的，因此有必要對(duì)張力進(jìn)行補(bǔ)償。表1 表示的是某個(gè)鋼種在變規(guī)格過(guò)程中，張力補(bǔ)償值。

表1 某鋼種張力補(bǔ)償值

3.3 模型參數(shù)設(shè)定

彎輥和串輥設(shè)定值在動(dòng)態(tài)變規(guī)格過(guò)程中，起著至關(guān)重要的作用的。如果串輥的設(shè)定值太大，容易在串輥的過(guò)程和焊縫進(jìn)行摩擦發(fā)生斷帶。因此，在變規(guī)格過(guò)程中，彎輥和串輥的值可以下發(fā)穩(wěn)定值的一半，在焊縫通過(guò)后，逐漸補(bǔ)償?shù)秸ＴO(shè)定值（見(jiàn)表2）。

表2 二級(jí)模型下發(fā)參數(shù)表

4 結(jié)論

在太鋼硅鋼酸連軋的生產(chǎn)過(guò)程中，使用該動(dòng)態(tài)變規(guī)格策略經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，如圖4 所示，可以得到以下結(jié)論：

圖4 動(dòng)態(tài)變規(guī)格優(yōu)化前后對(duì)比圖

2）對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的值進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整后，能夠有效的降低帶頭帶尾的厚度超差，從優(yōu)化前的30m降低到15 m，從而提高全機(jī)組的成材率。

1）對(duì)動(dòng)態(tài)變規(guī)格控制方式進(jìn)行優(yōu)化后，尤其是增加了張力補(bǔ)償措施后，更好的實(shí)現(xiàn)焊縫的通過(guò)率，減少機(jī)組因斷帶而造成的機(jī)組停車(chē)，軋輥損傷。