單機架可逆軋機張力控制用于冷軋硅鋼

莊玉偉

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司冷軋總廠，安徽馬鞍山 243000）

前言

馬鋼冷軋總廠某硅鋼單機架六輥可逆軋機投產時，軋機有BISRA AGC、Feed Forward (FF) AGC、Monitor AGC、Tension Monitor AGC、Monitor (Feed Back;FB) AGC、Smith AGC 與加減速補償等AGC 控制模式。這系列厚度控制系統能使硅鋼成品厚度精度控制在5 μm以內，局限于單機架缺少張力檢測儀器，改造前張力AGC調控作用不強。

在軋制更薄而硬的帶材時，以上幾種AGC 控制模式壓下調節效率不高，厚度控制精度有限。設備系統經過改造升級后，在新增HYBRID AGC 模式中增加了不同的張力控制方式，同時結合秒流量AGC原理使成品道次的厚度偏差被減小到±3 μm 以內，厚度控制精度得到了進一步提升。

1 張力控制的基本原理

張力的變化可以顯著改變軋制壓力，從而能改變軋制出口厚度。通過改變機架張力與改變軋制壓下位置對厚度進行控制相比，改變張力的方式反應更迅速有效而且精準。隨著軋制出口厚度減薄，由于軋件的塑性剛度很大，單獨靠調節輥縫進行厚度控制，效果一般比較差，為了能夠進一步提高帶材的厚度精度，所以常采用張力AGC 控制對厚度進行微調。

張力AGC 的基本原理是依據軋機出口側X 射線測厚儀檢測出的厚度偏差量，來對機架之間帶鋼上的張力進行微調，借此消除軋制出口厚度自動控制系統造成的偏差。張力AGC 的控制原理是利用調節前后張力改變軋件塑性曲線的斜率來對帶材厚度進行控制，軋制壓力、張力與厚度的關系如圖1所示。

由圖1所示，當原料厚度為H0時，在軋機上作用的張力為T0，軋件的塑性曲線為B1，a 工作點對應的出口厚度為h，此時軋制壓力為P0。當原料厚度有波動變化時，原料厚度H0變成了H1，機架張力由T0變成了T，對應關系為T＞T0，從而使軋件塑性曲線狀態由B2變成了B3，b 工作點又重新拉到回a 點，從而確保在輥縫S0不變的情況下，使軋制出口厚度保持在所要求的目標范圍內。

圖1 軋制壓力、張力與厚度的關系

張力的調節量和軋件出口厚差的關系可通過壓力方程和彈跳方程的聯解得到:

式中：K——軋機剛度；

Δh——厚度偏差；

ΔS——輥縫調節量；

ΔP——軋制力調節量；

ΔT——張力調節量。

聯解式(1)和(2)得：

當輥縫不變時：即△S=0時，則：

式中：K——軋機剛度；

Δh——厚度偏差；

ΔT——張力調節量；

式(4)就是張力AGC 控制系統的推導控制方程，公式中的?P?T為機架張力對軋制壓力的影響系數。當采用張力控制厚度模式時，可以使軋制壓力P不變，因此可以保持軋制時的板形平穩、不波動。一般而言，張力控制只適用于調節較小厚度偏差的情況，用于精準調控，或者用于當輥縫在某種情況下不能起到調節作用的時候。

2 新增張力計后的張力控制的應用

該單機架軋機設備改造前沒有張力檢測儀器，張力AGC是通過使用測厚儀信號的積分控制來調整軋制入口側ACR系統控制指令實現的?？刂撇呗匀鐖D2。

圖2 張力監測AGC

計算公式如下：

式中：ΔT——張力控制輸出；

Δh——出口側測厚儀偏差信號；

V——實際軋制速度；

VM——最大軋制速度；

TG——ACR控制給定的轉換系數；

C1——積分時間常數（定量）；

C2——積分時間常數（變量）；

C3——總增益。

當手動干涉壓上時此控制系統停止，在此期間張力AGC 輸出處于保持階段；輸出值被保持，并在輸出值飽和時使用壓上控制監控（張力監控在飽和返回時被重新啟動）；當軋制停止時，張力輸出由斜坡發生器復位。

改造前，單機架軋機在正常軋制壓力下的AGC功能是通過控制卷取機電流和張力實現的。但由于卷取機的ACR（自動電流調節）自身會存在振蕩，因此厚度在高速軋制逐漸變薄的過程中也會出現周期性振蕩。

單機架軋機設備改造后，分別在出、入口板型儀輥下方新增了兩個張力計，同步系統改造后AGC模式中增加了新的張力控制策略。在新增HIBRID AGC 功能中，厚度是通過軋機入口側的卷取機速度以及調節輥縫控制軋機入口側的張力來進行控制，這樣可以得到高精度的出口帶鋼厚度?？刂圃硎峭ㄟ^測厚儀前饋和反饋計算得到的速度調節分量和輥縫調節分量對出、入口卷曲機速度調節和HYROP-F（液壓壓上系統）輥縫調節。其中新的軋機入口輥縫張力控制（ATR）原理圖如圖3所示。

圖3 張力控制原理圖

當新增HIBRID AGC 觸發時，軋機入口側張力通過輥縫來控制，利用入口張力信號和輥縫位置的PI控制器來進行調節。

計算公式如下：

式中：ΔS——壓上控制輸出；

TRENT——軋機入口設定張力；

TFBENT——軋機入口實際張力

CGATRP——輥縫ATR P增益值；

CGATRI——輥縫ATR P增益值；

gGATR——積分時間。

這種張力控制模式下，輥縫調整的張力是實際檢測的張力，解決了改造前卷取機ACR（自動電流調節）自身存在的振蕩現象，使得厚度在高速軋制逐漸變薄的過程中能夠更加穩定與精確。

結合測厚儀前饋和反饋計算得到的速度調節分量對出、入口卷曲機速度的共同調節作用下，使得厚度精度從±5 μm 控制在了±3 μm 以內，厚度改善效果明顯。改造前、后同鋼種規格厚度精度曲線如圖4 與5 所示。改造后，目前單機架生產高牌號薄規格0.35 系列，厚度偏差在±3 μm 范圍以內達98%，鋼卷在客戶方使用不良率得到顯著下降，贏得了客戶的認可。

圖4 改造前

圖5 改造后

3 結束語

馬鋼硅鋼單機架軋機硅鋼產品投產至今存在成品厚度偏差長期維持在±5 μm 的情況。經過數據跟蹤和控制原理分析，確定了張力控制系統存在不合理的情況，通過設備系統改造，新增了HYBRID AGC，利用調整秒流量、張力控制模式提高了厚度控制效果。通過改造，張力控制得以在單機架軋機厚度控制上得到應用，厚度控制精度得到顯著提升。