軋鋼卷取側導板自動控制優化策略

尹浩彬

（首鋼股份公司遷安鋼鐵公司，河北遷安 064400）

引言

帶鋼卷取是熱軋工藝中的最后一道工序，由卷取機來完成。熱軋卷取機入口側導板的作用是將帶鋼導入卷取機，夾持帶鋼對準軋制中心線，這一過程對帶鋼的卷形好壞有直接影響[1]，其控制水平直接影響著鋼卷卷形的質量。

在軋制硅鋼、薄規格生產過程中，卷形常見的問題有錯層、塔形、松卷等，其中最為嚴重的為頭部塔形問題，頭塔嚴重影響精整機組的產能和最終產品質量，這些都將造成生產成本的提高，影響企業的競爭力。

1 卷取機側導板功能及控制原理

卷取機前側導板位于層流冷卻裝置之后，每臺卷取機夾送輥之前、輸出輥道之上。其作用是把帶鋼對準軋制中心線送入夾送輥，并在進入夾送輥時側導板夾持帶鋼以減少帶鋼的橫向竄動。

在帶鋼進入卷取機前，側導板兩側均為位置控制方式，卷取機帶載后，側導板單側切換到壓力控制、另一側位置控制，在帶鋼尾部到達側導板之前兩側均切換回位置控制，原設計側導板卷鋼控制過程詳見圖1。

圖1 原設計側導板控制時序示意圖

A、B、C 數值由操作員通過HMI 畫面輸入或二級系統設定

1.1 預設定

在帶鋼到來之前,側導板打開到W+A 位置，操作側和傳動側均打開到W/2+A/2。

W:二級系統設定的帶鋼寬度；

A：二級系統或HMI畫面設定初始偏移量。

1.2 短行程關閉

在帶鋼頭部到達卷取機前冷檢時，觸發側導板第一次頭部短行程關閉動作，側導板單側動作到W/2+B/2+10 的位置，卷取機帶載后觸發側導板第二次頭部短行程關閉動作，側導板單側動作到W/2+B/2的位置，也就是說二次短行程為一級自動化程序中設定的固定值、單側10 mm。在兩次短行程全部完成以后，側導板單側切換到壓力控制（壓力控制側的選擇根據二級或HMI 畫面設定），另一側為位置控制，位置控制側按照W/2+B/2 的位置進行位置閉環控制。

1.3 短行程打開

為了避免由于磨損造成的帶鋼尾部損傷，同時減少側導板襯板的嚴重磨損，在帶鋼尾部到達側導板之前，側導板打開到一個比帶鋼較寬的開口度W/2+C/2。

1.4 下一塊鋼預設定

當帶鋼尾部到達夾送輥之后，側導板按照下一塊帶鋼的二級設定數據動作到預設位置，操作側和傳動側均打開到W/2+A/2，如果下一塊帶鋼數據未到達，側導板打開到最大位置。

2 鋼卷頭部塔形缺陷原因分析

鋼卷塔形問題是熱軋產品質量的一個重要影響因素，直接影響著熱軋工序成本。通過生產實踐發現，側導板的控制策略對卷形質量的影響非常大，鋼卷頭部塔形、錯層、折邊等卷形缺陷均與側導板的控制密切相關，結合軋制薄規格及硅鋼產品的特點及側導板原設計控制策略，對鋼卷頭部卷形質量缺陷形成的原因進行分析。

2.1 硅鋼產品中心線波動大，側導板手動干預影響卷形

普通冷軋料精軋來料中心線波動基本在±30 mm 范圍內，詳見圖2，無需操作人員進行干預，側導板按照原設計程序自動控制即可完成帶鋼整個卷取過程。

圖2 普通鋼種精軋出口中心線曲線

硅鋼來料中心線波動較大，超過±80 mm 的情況較為頻繁，且個別時候出現超出曲線顯示極限（±100 mm）情況，曲線詳見圖3。

圖3 硅鋼產品精軋出口中心線曲線

當來料中心線偏移較大時（一般超過±60 mm），卷取操作人員將手動干預打開側導板，以防止帶鋼頭部碰撞側導板造成卡鋼事故，這樣就會造成帶鋼頭部失控段增加，且手動打開操作干預的偏移量將疊加側導板兩側，相當于人為增大了控制參數B 值，造成側導板兩側距離帶鋼邊緣位置增大，進而導致壓力控制側尋找帶鋼邊緣動作時間加長、位置控制側也偏離帶鋼邊緣，勢必引起頭塔控制惡化，從曲線可以清晰地看出側導板兩側實際位置存在36 mm 的偏差，帶鋼處于偏離中心線卷取狀態，側導板手動打開干預后控制曲線詳見圖4。

圖4 側導板手動干預曲線

2.2 側導板襯板磨損

側導板耐磨襯板會由于與帶鋼邊部摩擦形成溝槽，卷取過程中帶鋼極易進入到嚴重磨損的溝槽中，這樣帶鋼在實際卷取時側導板壓力控制側在尋找帶鋼時動作距離就會增大，使帶鋼偏離實際設備中心線進行卷取，同時當側導板的實際開口度小于帶鋼熱態寬度超過35 mm 時將自動切斷壓力控制（避免側導板關閉過多造成窩邊等現象），單側尋帶鋼邊緣壓力控制思想存在一定缺陷。

從圖5 曲線中可以清晰地看出，側導板進入到壓力控制后，側導板兩側實際位置偏差較大（傳動側實際位置621.5 mm，操作側實際位置580 mm），帶鋼偏離設備中心線卷取，總開度1 201.5 mm遠遠小于二級下發的帶鋼熱態寬度值1 242.01 mm，壓力控制被切斷后，側導板兩側實際壓力波動混亂，造成鋼卷卷形控制質量差。

圖5 側導板襯板磨損控制曲線

2.3 側導板二次短行程動作滯后

原設計當帶鋼頭部進入卷取機、卷筒帶載后觸發側導板二次短行程自動控制時序，這樣將導致帶鋼頭部失控距離較長，容易造成帶鋼頭部卷取錯邊，控制曲線詳見圖6。

圖6 原設計側導板二次短行程控制曲線

3 控制優化策略及效果驗證

3.1 增加側導板三次短行程自動控制功能

結合帶鋼偏離設備中心線卷取的實際情況，在完全消化原設計兩次短行程自動控制的基礎上，增加側導板三次短行程自動控制功能，又稱側導板位置控制側跟隨控制功能。在兩次短行程動作全部結束后，觸發位置控制側跟隨控制功能開始，位置控制側的位置不再固定不變，將壓力控制側的實際位置作為位置控制側的位置設定值，側導板兩側同時關閉，壓力控制側尋找帶鋼邊緣達到設定壓力，位置控制側根據壓力控制側時刻變化的位置進行跟蹤自動關閉，當位置控制側實際壓力反饋達到此塊帶鋼側導板設定壓力（L2或HMI設定）的80%后，跟隨功能關閉，鎖定當前實際位置作為此塊帶鋼位置控制側的位置控制設定值；壓力控制側控制模式不變，以恒定的壓力作用到帶鋼上。增加側導板三次短行程控制功能后的控制時序及效果曲線詳見圖7。從圖7 中可以清晰地看出改進后兩側實際位置偏差很小，帶鋼位于設備中心線卷取，現場實際鋼卷頭部卷形有了非常顯著的改善。

圖7 增加三次短行程功能后控制曲線

新增該功能后，有效解決了三個方面的問題：一是可以更好地保證帶鋼在設備中心線上進行卷取、降低襯板磨損對于自動控制的嚴重影響，二是解決了帶鋼進入側導板之前操作人員手動干預對于位置控制側最終位置設定值的影響，三是兩側同時關閉對中，提高了帶鋼對中響應速度，減少側導板失效段控制長度。

3.2 提高側導板帶鋼頭部壓力設定

側導板壓力設定大，有可能導致帶鋼折邊，折邊是指卷取過程中帶鋼邊部出現折疊的一種缺陷，在薄規格帶鋼卷取過程中容易產生該缺陷。其產生的主要原因是側導板在壓力控制模式下對帶鋼的夾持力過大,導致帶鋼邊部折彎或帶鋼跑偏[3]；壓力設定小，影響帶鋼對中效果，尤其影響到帶鋼頭部階段的導向對中。結合現場帶鋼實際的控制需求，優化側導板頭部壓力設定，使側導板對于同一塊帶鋼壓力設定實現了分段式控制。具體措施為，在二級系統或HMI 畫面進行側導板壓力設定的基礎上，一級自動化系統中在夾送輥帶載后觸發側導板設定壓力自動提高到130%，作用時間2 s，2 s 后自動恢復到二級系統設定，提高帶鋼頭部的對中力度，詳見圖8。

圖8 側導板提高壓力設定及提前二次短行程觸發時機曲線

帶鋼頭部階段側導板設定壓力提升更加有利于帶鋼的對中卷取，同時增加帶鋼頭部階段側導板壓力設定后，也就提高了新增加的三次短行程控制功能位置控制側鎖定的壓力門檻值，使得三次短行程控制功能運行更加穩定高效。

3.3 提前側導板二次短行程的動作觸發時機

將側導板二次短行程動作觸發的時機由卷取機卷筒帶載提前到夾送輥帶載，見圖8。優化后側導板二次短行程動作提前1 s，以帶鋼平均10 m/s的卷取速度計算，減少帶鋼頭部失效控制段長度10 m，更好地保證了鋼卷頭部卷形。

綜上，根據側導板自動控制多項優化改進策略，得出功能改進后側導板自動控制時序，詳見圖9。

圖9 功能優化改進后側導板控制時序圖

4 結論

針對薄規格及硅鋼產品鋼卷頭部卷形質量差的原因，通過增加側導板三次短行程自動對中控制功能、提高側導板帶鋼頭部階段壓力設定、提前側導板二次短行程的動作觸發時機等一系列優化改進措施，有效解決了鋼卷頭部階段塔形的質量缺陷問題，塔形鋼卷數量明顯減少，改善了產品質量，提升了用戶滿意度。