影響中厚板軋制穩(wěn)定性的因素分析與優(yōu)化

李學(xué)明，周焱民

（新余鋼鐵股份有限公司，江西338001）

0 引言

面對(duì)中厚板產(chǎn)品市場競爭激烈的現(xiàn)實(shí)，各中厚板生產(chǎn)企業(yè)將發(fā)展重點(diǎn)從單純追求產(chǎn)量、規(guī)模轉(zhuǎn)移到提高產(chǎn)品質(zhì)量、精度等方面，以期在激烈的市場競爭中占有一席之地[1]。新鋼公司中板生產(chǎn)線3000 mm 軋機(jī)控制系統(tǒng)自2008 年改造投用后，經(jīng)過多年的運(yùn)行，一些問題逐步累積、顯現(xiàn)。 如：計(jì)算機(jī)設(shè)備老化、故障率高；軋制過程自動(dòng)控制系統(tǒng)存在較大誤差，需操作工不斷手動(dòng)調(diào)整軋機(jī)壓下輥縫，操作難度大；產(chǎn)品厚度同板差偏大，尤其是軋制板形差，嚴(yán)重影響軋制質(zhì)量。

為改善軋制控制系統(tǒng)精度，提高軋制精度，提升質(zhì)量指標(biāo)，本文對(duì)該軋制控制系統(tǒng)存在的問題、產(chǎn)生的原因及影響因素進(jìn)行分析，并制定相應(yīng)的優(yōu)化解決措施。

1 軋機(jī)控制系統(tǒng)問題分析

1.1 軋機(jī)設(shè)備條件

該3000 mm 軋機(jī)為四輥可逆精軋機(jī)，軋機(jī)壓下方式為APC 與AGC 壓下相結(jié)合，AGC 缸上置，具有工作輥彎輥功能。 主要性能參數(shù)：

最大軋制壓力：60000 KN

軋機(jī)剛度：≥8500 KN/mm

主傳動(dòng)電機(jī)：AC7000KW×2，55/130 r/min

壓下方式：電動(dòng)APC+液壓APC+液壓AGC

AGC 油缸行程/精度：80 mm/0.01 mm。

1.2 軋機(jī)控制系統(tǒng)存在的主要問題

1.2.1 剛度曲線異常

軋機(jī)的剛度對(duì)鋼板軋制而言非常重要，橫向剛度直接決定著軋制出的板形是否良好，縱向剛度對(duì)于鋼板的縱向厚度控制具有重要的意義。 3000 mm中板線軋機(jī)主要通過壓靠法進(jìn)行剛度的測量。 現(xiàn)在剛度曲線存在幾個(gè)問題：

（1）剛度測試壓力無法達(dá)到4000 噸以上；

（2）剛度測試軋制力按設(shè)定要求上升時(shí)，第一步和最后一步需要人工干預(yù)，否則無法完成剛度測試全過程；

（3） 查看剛度曲線，3000 噸以上曲線較硬，無法反映設(shè)備的真實(shí)剛度。

1.2.2 壓下輥縫不穩(wěn)

在軋制過程中經(jīng)常出現(xiàn)輥縫不穩(wěn)定、輥縫異常變化，每道次擺在不同的輥縫時(shí)，DS、OS 側(cè)的輥縫差不一樣，有時(shí)相差3～4 mm，導(dǎo)致板型不好控制，同板差大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致軋廢。

1.2.3 軋制規(guī)程計(jì)算厚度設(shè)定精度差

主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）切換規(guī)格時(shí)，需要操作工頻繁調(diào)整輥縫干預(yù)量，以保障厚度精度。 尤其是換輥周期后期，寬度規(guī)格變化時(shí)，厚度波動(dòng)更明顯。 目前操作人員主要依靠倒數(shù)第二道次的實(shí)際出口長度來判斷厚度偏大還是偏小，再干預(yù)末道次輥縫。

（2）末道次軋制力較大時(shí)（軋制力超過4000噸），厚度控制不穩(wěn)定。

（3）道次間自適應(yīng)效果不佳，實(shí)際軋制力明顯大于設(shè)定軋制力，但后續(xù)道次的設(shè)定軋制力修正量很小。

1.2.4 頭部同板差偏差較大

生產(chǎn)過程中，鋼板頭部經(jīng)常報(bào)厚度超下限的缺陷。 一般出現(xiàn)在頭部0.7～1.5 m 長度范圍內(nèi)，同板差最大可超過0.6 毫米。

1.2.5 測厚儀測量不準(zhǔn)

測厚儀測量誤差大，經(jīng)常出現(xiàn)測量的鋼板與卡量鋼板有0.3 mm 以上的誤差。 尤其令人困惑的是，有些鋼板測得準(zhǔn)、有些鋼板測量誤差達(dá)1～2 mm，原因診斷困難。 測厚儀測量值不僅參與了軋機(jī)軋制模型的計(jì)算，而且是操作工判斷軋制厚度的依據(jù)。 測量誤差大，對(duì)鋼板厚度控制影響較大。

2 軋機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化措施

2.1 提高系統(tǒng)壓力、完善剛度測試程序

通過FDAA 軟件分析以往剛度測試的情況，查看設(shè)定壓力、實(shí)際壓力，伺服閥電流等相關(guān)曲線，分析出剛度測試異常的原因主要是，系統(tǒng)壓力無法滿足剛度測試需要，剛度測試自動(dòng)控制程序不合理。主要優(yōu)化措施如下：

（1）提高AGC 液壓站系統(tǒng)壓力，由230bar 提高到245bar。

（2）修改TDC 控制程序，把軋制力閉環(huán)的比例系數(shù)KP 由以往的50×10-9提高到60×10-9； 而且在執(zhí)行第一步時(shí)（設(shè)定為200 噸）的比例系數(shù)與后面步驟的比例系數(shù)區(qū)分開，單獨(dú)設(shè)定，由以往的50×10-9設(shè)定為35×10-9；當(dāng)設(shè)定軋制力與實(shí)際軋制力相差10 t 時(shí)，比例系數(shù)由60×10-9立即改為25×10-9（程序修改如圖1 所示），使軋制力平穩(wěn)接近設(shè)定軋制力。

（3）以前設(shè)定軋制力是直接給定，現(xiàn)改為增加一斜坡函數(shù)，使設(shè)定軋制力平穩(wěn)上升，降低剛度測試時(shí)對(duì)軋機(jī)造成的沖擊；原程序剛度測試過程中，主傳動(dòng)每一步驟轉(zhuǎn)1/4 圈，采集支撐輥每1/4 圈的剛度算平均值，采集點(diǎn)數(shù)明顯不夠，現(xiàn)在改為轉(zhuǎn)1 圈，支撐輥全周長采集剛度值，再算平均值，這樣剛度值準(zhǔn)確、可靠。 經(jīng)改進(jìn)，剛度測試正常完成，剛度曲線更加合理。

圖1 剛度測試程序修改圖

2.2 分析主要因素解決壓下輥縫不穩(wěn)

2.2.1 壓下輥縫不穩(wěn)原因分析

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查并結(jié)合FDAA 曲線，找到了壓下輥縫不穩(wěn)定的幾個(gè)原因：

（1）壓下螺絲頂帽傳感器磁環(huán)松動(dòng)，導(dǎo)致EGC測量值不穩(wěn)；

（2）電動(dòng)壓下電機(jī)抱閘抱不緊；

（3）支撐輥平衡壓力過大或過小；

（4）南北側(cè)HGC 伺服閥進(jìn)油不同步。

2.2.2 壓下輥縫不穩(wěn)的解決方案

（1）采用呢絨墊子壓緊磁環(huán)，再蓋上一圓形鋼板并用螺絲固定，4 個(gè)固定螺絲用一環(huán)形圓鋼相連并焊接，確保磁環(huán)不松動(dòng)。

（2） 電動(dòng)壓下制動(dòng)抱閘抱不緊的主要原因是：該抱閘為氣動(dòng)抱閘，抱閘氣源含水多且不干凈，長期使用導(dǎo)致部分管路生銹、堵塞，氣源到達(dá)牌坊后壓力明顯不夠。 經(jīng)更換部分管路，在氣源管路增加一油水過濾器，確保壓縮空氣干凈暢通。

（3）支撐輥平衡壓力原設(shè)定為500 噸，但是由于經(jīng)常出現(xiàn)壓力過高，在軋制過程中，電動(dòng)壓下時(shí)阻力過大，導(dǎo)致壓下變頻器報(bào)故障，后將其改成410噸，此時(shí)又出現(xiàn)平衡力不夠的現(xiàn)象，再加上壓下螺絲使用多年，磨損嚴(yán)重，存在間隙，導(dǎo)致在電動(dòng)壓下不動(dòng)的情況下，咬鋼和不咬鋼時(shí)EGC 輥縫偏差有時(shí)高達(dá)3 mm。 分析認(rèn)為，要解決此問題，必須修改程序，采用變壓控制，即在不同情況下采用不同的平衡力。 變壓控制方式：當(dāng)電動(dòng)壓下不需要?jiǎng)幼鲿r(shí)，平衡力設(shè)置為500 噸；當(dāng)電動(dòng)壓下動(dòng)作時(shí)，平衡力設(shè)定為345 噸；當(dāng)HGC 缸動(dòng)作時(shí)，平衡力設(shè)定為430噸。 改進(jìn)完成后，完全解決了平衡力過大或過小的問題，使輥縫更加平穩(wěn)。

（4）南北HGC 缸進(jìn)油不同步。 經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，油的污染影響了了伺服閥的使用性能和壽命。 解決辦法是在閥臺(tái)旁邊增加一過濾器，且規(guī)定每個(gè)月更換一次濾芯，確保液壓油干凈。

2.3 軋制規(guī)程設(shè)定厚度精度差的改進(jìn)措施

2.3.1 對(duì)大壓力段剛度值進(jìn)行修正

通過對(duì)歷史生產(chǎn)實(shí)績數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)隨著末道次實(shí)際軋制力的增加，控制系統(tǒng)計(jì)算的厚度和實(shí)際測量厚度偏差（計(jì)算-測量）存在明顯增加的趨勢。如表1 所示。

表1 厚度偏差與末道次軋制力關(guān)系

通過彈跳模型分析，認(rèn)為造成該問題最可能的原因是高壓段剛度計(jì)算值小于實(shí)際剛度。 經(jīng)對(duì)歷史剛度曲線的分析，發(fā)現(xiàn)剛度計(jì)算功能中，剛度測試數(shù)據(jù)采用最小二乘法回歸為參數(shù)曲線時(shí)，其高壓段（軋制力≥4000 t）的剛度計(jì)算結(jié)果會(huì)存在軋制力越大、剛度反而變小的趨勢。

解決措施：當(dāng)實(shí)際軋制力大于剛度曲線最大點(diǎn)對(duì)應(yīng)的軋制力后，剛度值將鎖定為剛度曲線上的最大值。

該修改措施實(shí)施后，通過比對(duì)計(jì)算厚度和測量厚度的偏差值，發(fā)現(xiàn)效果較好。

2.3.2 增加人工調(diào)整動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能

在主界面增加厚度動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整窗口，用于補(bǔ)償軋輥磨損、軋輥熱凸度等模型帶來的變化相對(duì)緩慢的偏差。

操作時(shí)可根據(jù)實(shí)際測量厚度和生產(chǎn)要求進(jìn)行調(diào)整，每次調(diào)節(jié)幅度為±0.05 mm，限幅為±0.6 mm。

2.4 完善控制系統(tǒng)自適應(yīng)模型

為確保自適應(yīng)參數(shù)朝正確的方向修正，對(duì)自適應(yīng)模型做了以下修改：

（1）調(diào)整道次自適應(yīng)投用的軋制力范圍，從默認(rèn)的800 t 調(diào)整為1200 t，增加道次自適應(yīng)的使用范圍。

（2）調(diào)整自適應(yīng)系數(shù)，在前幾個(gè)道次適當(dāng)增大；如需控軋，則第二軋程不受第一軋程道次自適應(yīng)的影響。

2.5 頭部同板差改善措施

軋制道次設(shè)定輥縫包含頭部補(bǔ)償，可通過界面設(shè)定。 在軋機(jī)受載后，一級(jí)程序會(huì)自動(dòng)取消該補(bǔ)償。從數(shù)據(jù)曲線看，頭部補(bǔ)償數(shù)值通常在0.2～0.3 mm間，在實(shí)際軋制力大于一定值后取消。

受AGC 油缸響應(yīng)速度限制，如果鋼板中部溫度較高，則可能在頭部補(bǔ)償取消但輥縫尚未完全抬起時(shí)造成一段時(shí)間內(nèi)的厚度偏薄。 目前，出現(xiàn)頭部區(qū)域厚度異常的鋼板，其頭部和中間區(qū)域的軋制力偏差通常超過500 噸，所以，需對(duì)AGC 頭部補(bǔ)償優(yōu)化。經(jīng)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)AGC 投用初期，有時(shí)存在迅速壓下的情況，如圖2 所示。

圖2 頭部區(qū)域AGC 迅速壓下

分析發(fā)現(xiàn)造成該問題的原因是頭部斜坡時(shí)間設(shè)置過短，斜坡完成之后AGC 輸出值發(fā)生跳變引起的，所以現(xiàn)在將AGC 斜坡時(shí)間由400 ms 調(diào)節(jié)至800 ms，AGC 輸出值發(fā)生跳變顯現(xiàn)明顯改善。

2.6 測厚儀測量誤差原因分析及改進(jìn)措施

2.6.1 系統(tǒng)測量誤差原因分析及改進(jìn)措施

機(jī)后測厚儀為γ 測厚儀，測量精度較高，但受環(huán)境的影響較大。 測厚儀測量不準(zhǔn)主要原因有：電離室受損；規(guī)定時(shí)間內(nèi)未進(jìn)行校準(zhǔn)；外部因素的干擾（比如鋼板上的積水會(huì)造成測量偏厚）。

（1）電離室受損的原因是環(huán)境溫度太高，空調(diào)效果差，為此對(duì)空調(diào)進(jìn)行了改進(jìn)，保證室溫符合規(guī)定要求。 同時(shí)要求維護(hù)人員每班記錄室溫至少2次，當(dāng)室溫超過35 ℃必須及時(shí)處理。

（2）在測厚儀操作畫面上做指示圖標(biāo)，校準(zhǔn)后24 小時(shí)后會(huì)提示再次校準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)規(guī)定時(shí)間未校準(zhǔn)的操作工進(jìn)行考核。

（3）定期對(duì)測點(diǎn)上方進(jìn)行清掃，針對(duì)鋼板上存積除鱗水的問題，設(shè)置自動(dòng)吹掃裝置，通過修改程序，實(shí)現(xiàn)在軋制狀態(tài)下倒數(shù)第一道次和倒數(shù)第三道次，在測點(diǎn)上方范圍內(nèi)進(jìn)行吹掃。

2.6.2 同一時(shí)間段內(nèi)測量誤差原因分析及改進(jìn)措施

針對(duì)測厚儀在同一時(shí)間段內(nèi)有測量誤差（1～2 mm） 的問題，分析發(fā)現(xiàn)γ 測厚合金系數(shù)有時(shí)出現(xiàn)異常，正常值一般0.98 左右，但有些只有0.90 左右，這主要是鋼材化學(xué)成分參數(shù)變化造成了合金系數(shù)突變。

（1）為查找鋼材化學(xué)成分參數(shù)與測量誤差異常的關(guān)系，在二級(jí)系統(tǒng)中檢索測厚儀歸檔數(shù)據(jù)，對(duì)測厚誤差范圍正常的數(shù)據(jù)與誤差異常的數(shù)據(jù)分類比較，同時(shí)選取一部分測量誤差正常及異常的鋼板號(hào)，檢索對(duì)應(yīng)的組批數(shù)據(jù)（包含化學(xué)成分），得到表2數(shù)據(jù)。 通過對(duì)表2 數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，可以發(fā)現(xiàn)測量誤差異常的鋼板，其化學(xué)成分H（氫）值為1；而測厚誤差正常的鋼板H 值為0。

表2 測厚數(shù)據(jù)與化學(xué)成分關(guān)系表

（2）在不修改γ 測厚儀本身的程序算法的情況下，在二級(jí)系統(tǒng)讀取成分?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)過程代碼中，將H 賦值固定為0，這樣發(fā)送給測厚儀的化學(xué)成分系數(shù)中H 值為0，避免了合金系數(shù)值的異常突變，解決了該類測厚誤差異常問題。

3 效果分析

（1）薄規(guī)格板軋制成材率提升。 改進(jìn)后對(duì)薄規(guī)格板（厚度≤8 mm）的穩(wěn)定軋制起到了顯著作用，軋制成材率由項(xiàng)目實(shí)施前的87.12%提高到88.25%。

（2）軋制尺寸非計(jì)劃率降低。 改進(jìn)后軋制尺寸非計(jì)劃率由2018 年的0.49%降到2020 年的0.28%，降幅達(dá)43%。

（3）軋機(jī)控制系統(tǒng)故障率降低。 改進(jìn)完成后，該軋機(jī)控制系統(tǒng)故障時(shí)間由2018 年的1252 min 降到2020 年的673 min，降幅達(dá)46.5%。

4 結(jié)語

通過對(duì)新鋼公司中板線3000 mm 軋機(jī)控制系統(tǒng)長年累積問題的分析，確定的問題產(chǎn)生的主要原因，對(duì)軋機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)施了一系列優(yōu)化改進(jìn)措施。實(shí)踐證明效果顯著。

（1）軋機(jī)壓下輥縫的穩(wěn)定性及設(shè)定精度得到明顯改善，提升了鋼板尺寸控制精度、改善了板型，軋制非計(jì)劃率大幅降低。

（2）軋機(jī)剛度測試或零調(diào)過程更加順暢，剛度值能較好地反映軋機(jī)實(shí)際彈跳規(guī)律。

（3）機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)備故障時(shí)間大幅度降低。

（4）保證了測厚儀的正常使用，為精確控制鋼板目標(biāo)厚度提供了保障。