酸軋機組軋制模型研究與優化

馬 楠，任延慶

（本鋼板材股份有限公司，遼寧 本溪 117000）

某冷連軋廠酸軋機組由德國西馬克公司設計制造，機組可生產厚度規格為0.3mm～2.5mm、寬度規格為1000mm～2150mm的冷軋鋼帶，產品市場定位高檔汽車面板、高強超高強汽車板、高檔家電板等。可覆蓋轎車車身70%以上的鋼鐵材料，尤其是高強汽車用鋼產品，滿足了汽車工業輕量化、節能減排的發展趨勢及要求，市場應用前景廣闊。

1 目前存在的問題

酸軋機組考核驗收完成以后，對于大多數鋼種采用的工藝制度以及控制模型已經成熟，但隨著市場競爭強度愈演愈烈，高附加值、高難度的品種和規格越來越占據更大的比重。酸軋機組在生產B250P、CR340LA、HC420LA及以上級別高強鋼和寬板時,經常存在板形不良降級的情況。主要由于新的鋼種、規格不斷增加，軋機的軋制參數未能及時進行優化，因此需要對部分鋼種及規格軋制模型進行優化。需要重新匹配軋機1架～5架工作輥、中間輥彎輥力及中間竄輥值、一級工作輥補償竄輥系數模型，來改善帶鋼的軋后板形，從而減少因板形不良降級的情況，提高酸軋機組的產品合格率。

2 軋制模型優化

2.1 變形抗力模型研究

在冷連軋的軋制過程中，為了生產高精度的冷軋鋼帶，必須精確地得到軋制過程中的各種設備參數和工藝參數。軋制力參數是其中的重要參數之一，軋制力的設定精度不僅直接影響冷軋產品的厚度精度而且對板形等都是至關重要的。而冷連軋的變形抗力模型是影響軋制力的重要因素，因此提高變形抗力模型參數的精度，能很大程度的提高軋制力模型的設定精度。

研究表明，隨著帶鋼變形量的逐漸增加，變形速率逐漸減小，在變形區出口變形速率迅速降到零，但是加工硬化程度在逐步升高，變形速率和變形量的綜合影響使變形抗力沿變形區基本保持不變，因此可采用靜態變形抗力公式計算整個變形區的變形抗力。為了確定靜態變形抗力模型中參數的最佳值，常常采用最小二乘法識別的回歸分析方法確定模型中參數的最佳值，變形抗力公式包括動態變形抗力和靜態變形抗力。如下所示公式中，Z為自學習系數，另外兩個分別為靜態變形抗力和動態變形抗力。

靜態變形抗力公式如下：

實驗原理：根據實際的軋制數據，首先反算出靜態變形抗力，然后通過回歸分析軟件得到真實的加工硬化曲線進行函數擬合。在擬合過程中，自動算出m，n，C參數合適的值，同時得到擬合的曲線，只需要把新生成的參數放到對應的變形抗力模型表中，如果偏差很大需要調整該鋼種的家族，防止影響相同家族的其他鋼種，同時把新生成的變形抗力參數放到變形抗力模型參數表，這樣就得到公式中的變形抗力參數。為此選取鋼種DC01進行實際軋制試驗。

選取DC01鋼種軋制優化其變形抗力模型參數。帶鋼經過鹽酸酸洗，酸洗溫度一般控制在80℃左右，工藝段速度控制在180m/min，分別采用50%，60%，70%三種不同的壓下率進行實驗軋制，下圖為實際的軋制力數據與設定數據對比圖。

圖1 實際的軋制力數據與設定數據對比圖

在回歸軟件的配置文件中輸入實驗的鋼種DC01，寬度1250mm、入口厚度4.5mm、出口厚度0.8mm，對應鋼種的家族3，輸入軋制數據采集的起止時間，選擇是高速軋制還是低速軋制等，保存后運行回歸工具進行回歸。

下圖是回歸計算運行結果、理論計算和實際變形抗力曲線對比圖，從圖中可以很明顯的看出一架的變形抗力與實際變形抗力比較的接近，但是2架以后的變形抗力的計算值和實際的變形抗力逐漸的偏離，非常明顯設定值比實際的要偏小，偏差量在9.1%。

圖2 回歸計算運行結果、理論計算和實際變形抗力曲線對比圖

根據統計分析回歸后重新優化變形抗力參數。優化模型參數后，再次軋相同規格的鋼種DC01，進行回歸分析驗證，實際的變形抗力曲線與設定的基本完全擬合，偏差量可以控制在5%以內。

下圖是模型參數優化后實際軋制力和設定軋制力的對比圖，規格為4.5mm*1250mm，可以很明顯的看出設定與實際的基本一樣，總體偏差控制在5%以內。

圖3 模型參數優化后實際軋制力和設定軋制力的對比圖

根據實際的反饋數據和模型優化后軋制數據對比分析，該規格4.5mm*1250mm在生產中軋制力偏差都在要求的精度范圍內，保證了頭尾的厚度及板形的控制精度，所以我們的理論預期與優化后實際的反饋結果基本吻合，達到了預期的效果。

優化模型參數后，繼續對近期生產的DC01鋼種進行跟蹤，并進行了變形抗力曲線的回歸，設定值和實際值基本重合，偏差量在5%以內，達到了預期的效果。但由于靜態變形抗力模型是理論的計算方法，不同組織和化學成分的鋼種加工硬化程度以及摩擦力計算不可能與軋制力公式計算的完全吻合，因此為了盡可能提高軋制力的計算精度，還需要通過如下措施進一步提高：①各架軋機軋制力自學習。②優化預測入口厚度自學習。③調節各架軋機軋制力補償系數。

通過回歸的方法優化變形抗力模型，提高軋制力模型的設定精度。利用回歸軟件，可以快速的優化模型表中的各個鋼種，尤其新鋼種。軋制力及入口厚度自學習功能的投入，更進一步的提高了軋制力模型的設定精度。

2.2 高強鋼模型研究及優化

通過先后對TRIP780、PHS1800、DP780、DP980等多個常年影響軋機板形的鋼種進行了外委的加工硬化曲線測定，按照測定完的加工硬化曲線，錄入軋機進行優化后，整個板形得到了極大地提升。同時，針對現在軋機的鋼種家族分類，根據實際的軋制力和機架分布，進行了模擬計算。通過使用程序和根據現場實際反饋數據和最小二乘法，可以得到實際回歸的應力應變曲線，然后再通過應力應變曲線對比來進行鋼種的家族分類。通過軋機家族的分類優化后，整個軋制過程變得更加穩定，板形控制更加良好。改善后特別是高強鋼（屈服強度大于400MPa），軋制穩定性得到了進一步的提升，既保證了高強鋼生產的穩定性，同時高強鋼的產品質量也得到了進一步的提升。

2.3 動態變規格系統補償研究及優化

由于外方設計時2#、3#架軋機出口無流量AGC，因此易造成帶鋼過焊縫時產生厚度波動及板形不良。通過增加優化S4 MONITOR AGC，減少S2#、S3#架出口過焊縫時厚度波動帶來的5機架出口帶鋼板形不受控；過焊縫時，產生S1架出口板形波動的擾動進行分析，原程序在原料厚度有偏差時相應速度較慢，通過縮短S1 MASS FLOW AGC相應時間，減少擾動對1架出口板形和厚度的影響。

2.4 軋制過程潤滑效果研究與改善

在軋制B250鋼種及其他高強鋼時，S4架在軋制400t～500t時出現前滑不足的情況。通過優化S2～S4機架乳化液工作輥潤滑噴嘴（A噴嘴）噴射壓力，提高S2～S4架工作輥潤滑效果，改善軋輥熱凸度，降低了由于潤滑效果不足造成的劃傷及升降速帶來的板形不良變化。

2.5 優化一級板形控制程序

由于外方設計時S2、S3架軋機出口無流量AGC，因此易造成帶鋼升降速時S2、S3架出口產生厚度波動及板形不良，S4、S5消除厚度波動時相應時間滯后。通過增加S5和S4出口厚度偏差采集程序，縮短S4架厚度波動響應滯后時間，提高S5架厚度控制精度。通過增加新程序控制，S4、S5架出口厚度波動在軋機升降速時厚度精度可以控制在10μm。

2.6 跟蹤原料情況，進行針對性優化

選取浪形缺陷較為嚴重的兩個鋼種DC01與SPCC，選取酸軋機組生產時切邊和不切邊情況分別進行測試，酸軋切邊后鋼卷無明顯浪形缺陷，而不切邊存在較為嚴重的邊浪。同時在酸軋入口對這些鋼卷進行取樣。使用千分尺測量板坯樣本斷面上厚度，繪制板坯輪廓曲線，根據測量結果分析排除浪形缺陷由熱軋軋輥磨損造成。

圖4 鋼卷斷面厚度測量值 單位：mm

取得熱軋來料厚度、凸度和溫度等數據，結合是否切邊對浪形缺陷嚴重程度的影響，分析造成板形缺陷的原因為熱軋軋制過程中，終軋溫度最邊部相對中部溫降較快。調整軋機負荷分配，降低F1分配使F2負荷最大且后機架呈逐步遞減。優化彎輥力初始設定，將F1～F4彎輥力初始設定值由相同值修改為根據軋制力大小設定。通過降低F5單位軋制力對板形進行優化，根據實際情況將F5單位軋制力由6KN降低0.5KN～3.5KN，通過現場實踐證明此方式效果明顯。

3 結語

通過對軋機變形抗力模型、高強鋼模型優化；并對軋制過程潤滑效果研究與改善板形；同時研究了原料板形對軋后板形影響及優化措施。目前酸軋機組板型雙邊浪小于12I，單邊浪小于10I，極大的改善了酸軋機組板形不良的情況，為企業創造較大的經濟效益。