提高熱軋帶鋼寬度控制精度的方法與研究

鄒鵬飛，宮玉潔

自1580 生產線投產以來，為提高我廠帶鋼寬度控制精度，我們在不斷的做著努力。通過開發立輥磨損補償功能，立輥微張力控制功能，優化粗軋立輥標定方法等多方面的努力，我廠寬度控制精度已得到顯著提高，但目前仍然存在許多問題，如換輥前后寬度變化，換規格軋寬軋窄現象等，需要進一步深入研究，繼續提高寬度控制精度，減少二級品及無合同產品的出現。目前主要著手于深入開展粗軋寬度模型，緩解精軋自由寬展以及板坯實際測寬，提高粗軋寬度模型計算準確性的研究，提高粗軋寬度模型的自學習能力，減少寬度波動，實現精準的寬度控制。

1 寬度波動原因分析

1.1 粗軋寬展自學習系數對寬度的影響

2020 年4 月份，粗軋測寬儀進行常規標定后，我廠寬度異常，出現批量換規格窄尺現象，學習系數混亂，換規格需要進行人工干預，且精軋寬展自學習系數學習普遍較小，甚至出現學習到-27（最小極限值）時仍然窄尺現象，調整難度極大。

經過排查，懷疑為粗軋R2 后測寬儀出現問題，實測數值偏大導致，再次對測寬儀進行標定，寬度仍然出現問題，且向反向極限發展，出現整體超寬現象，精軋寬展自學習系數普遍較大，甚至出現學習到-1（最大極限值）后仍然超寬現象，截至4 月16日，寬度命中率僅為86.6%。測寬儀出現問題，需要等待廠家支援，在此期間需要人工干預，且不能完全避免超寬問題。

在此過程中，創造性的找到了可以解決這一問題的措施：即精軋寬展自學習系數，這是首次發現精軋寬展自學習系數對寬度的影響。

通過摸索發現1580 線的控寬策略是無法手動干預每個道次的側壓量，只能是修改立輥最大的側壓量，而精軋寬展自學習是考慮精軋微張力在軋制時將帶鋼拉窄，調整精軋寬展自學習系數就可以反作用到粗軋立輥側壓量的分配上，這樣達到最終控制成品寬度的情況。二級計算邏輯就是最終成品寬度減精軋寬展自學習系數等于粗軋中間坯寬度，所以要想干預粗軋中間坯的寬度就必須通過修改精軋寬展自學習系數。

經過數據對比發現，影響寬度的因素主要有兩方面：精軋寬展自學習系數及粗軋寬展自學習系數。由于測寬儀測得實際尺寸異常，導致這兩個系數變化較大，出現兩種情況：①當粗軋寬展系數到負極限值時，對應精軋寬展會學往最大極限-1 方向學，②當粗軋寬度學習到正極限時，對應精軋寬展自學習會往最小極限-26 方向學。

當測寬儀標好后，如果不提前對此兩個參數進行修改，①類參數會繼續換規格整體超寬，②類參數會換規格整體窄尺。

因此必須進行提前干預，將①類、②類參數規格的E2 粗軋寬展自學習系數改為0，精軋寬展自學習系數依據不同寬度修改為-9 ～-17。

此次粗軋寬展自學習系數的發現，有效的避免了大量寬度超差及窄尺卷的出現，保證換規格寬度正常，避免重特大質量事故的發生，提高了寬度穩定性，4 月份后半個月寬度命中率由前10 日的86.6%提高到了為94.68%。

經過后續的深入研究，發現了粗軋寬展自學習系數不僅可以反應測寬儀檢測是否準確，還可以用來輔助動態了解其他有關寬度控制設備的穩定情況（如立輥輥縫，立輥磨損等），甚至是板坯寬度大致變化情況，例如后期的立輥磨損系數不合適，立輥輥縫異常等問題都可以通過粗軋寬展自學習系數的變化情況反應出來。

因此為了保證成品寬度的穩定，制定制度，要求粗軋班組定期（利用精軋換輥時間）對粗軋立輥輥縫進行測量、校準，保證輥縫的準確。

1.2 寬度分層對寬度控制的影響

在查找鋼卷窄尺原因時多次發現同一現象：相同寬度層別內由較窄規格改規格軋制較寬規格時容易出現偏窄現象；由較寬規格改規格軋制較窄規格時容易出現偏寬現象。例如（1）：最后一次軋制980mm 規格，本次軋制同一層別（960 ＜W ≤1160）的1055mm 規格時，前兩卷出現整體窄尺現象；（2）：最后一次軋制1055mm 規格，本次軋制980mm 規格時，前兩卷出現整體偏寬現象。普通結構鋼及高強鋼的寬度公差要求大于0mm 即可，但冷軋料寬度公差要求大于5mm，稍微窄尺就容易導致寬度不夠交貨條件，造成無合同產品的出現。

經過大數據對比分析發現，此現象主要發生在寬度分層內寬度跨越較大的情況下，此時精軋寬展自學習系數不能同時適合這一層別內的不同寬度規格，因此細化精軋寬展自學習模型的寬度分層，可以避免此類換規格偏寬、偏窄現象。

措施：原有的精軋寬展自學習模型的粗軋寬度分層為5 個。優化后，將寬度分層調整為現在的16 個，如表2 所示。相同寬度層別內不同寬度交替軋制導致的偏寬偏窄卷數由之前的15卷/月以上降低到目前的5卷/月以內，此問題得到明顯改善。

同時增加寬度分層考慮因素，將鋼種牌號和入口號添加進寬度分層，這樣可以有效避免因鋼種不同、寬度公差不同造成成品寬度的波動。例如普通結構鋼及高強鋼的寬度公差要求大于0mm，控制的目標值是＋10mm，而冷軋料寬度公差要求大于5mm，控制的目標值是＋12mm，細分之后可以有效避免互相學習，造成改規格前幾塊寬度不命中的情況。

1.3 立輥磨損補償對寬度的影響

立輥磨損補償功能的開發，曾經解決了我廠立輥磨損過于嚴重的重大難題，目前我廠立輥磨損在2mm ～4mm 之間，立輥磨損規律的摸索對寬度控制精度來說十分重要。

經過對多次換立輥周期內的寬度數據進行數據分析發現，新換立輥初期E2 一道次粗軋寬展自學習在0 ～0.1 之間，到立輥末期時，E2 一道次粗軋寬展自學習系數學習到-0.1 ～-0.2 之間，當更換新立輥后舊的粗軋寬展自學習系數不能滿足新立輥要求，導致換規格前3 卷出現超寬現象，后續自學習學習到正常數值后寬度達到穩定狀態。

采取措施，制定立輥前期及立輥末期粗軋寬展自學習及精軋寬展自學習參數對照表，崗位工根據參數對照表對立輥前期及后期參數進行提前干預即可，基本滿足寬度控制要求，但是時間長后經常會出現忘記提前修改的問題，不能保證換規格寬度命中率。

經過分析，立輥下線單側磨損在2mm ～4mm 左右，但到立輥末期計算的立輥磨損在7mm ～8mm 左右，鎖定問題根源為：立輥后期計算的立輥磨損大于實際的立輥磨損，一級輥縫補償偏大，導致了換規格軋制后軋寬。

措施：將E2 立輥磨損系數不斷進行優化，經過幾個換輥周期摸索，將立輥磨損系數由0.0008 優化為0.0004。

經過多個換輥周期摸索驗證，修改立輥磨損系數后，換立輥前后E2 一道次粗軋寬展自學習系數相對穩定，未出現換立輥后換規格頻繁超寬現象，新立輥5 日內的寬度命中率由原來的89.6%提升到93.3%，超寬導致的無合同產品及寬度改判卷數量明顯下降。

1.4 頭尾短行程跟蹤對頭尾超寬的影響

由于粗軋立輥短行程對頭部和尾部的動作開始時間完全是根據跟蹤計算，但是由于短行程作用時間短，而且軋件在整個過程中速度一直變化，特別是在輥道和軋制過程中，軋件與輥道，軋件與軋輥均存在相對滑動，這些也會造成短行程作用位置不準，從而導致真正作用到軋件上的位置不一定在軋件的頭部和尾部，從而造成頭、尾部寬度不良。

由于跟蹤不準造成短行程開始時間早，作用不到軋件頭部，短行程失效，造成成品頭部超寬。

因此為了保證粗軋頭尾短行程能夠準確作用到軋件的頭尾，增加短行程的啟動條件，不只考慮跟蹤信號。在軋件進鋼之前，粗軋立輥在a0 位置等待，用跟蹤信號和立輥軋制力信號共同做為短行程啟動條件，這樣可以避免短行程作用太早而導致短行程失效。尾部短行程同樣可以采取這種方式，用跟蹤計算做為尾部短行程開始的條件，作用到尾部短行程的a0 時，保持立輥輥縫不變，直到立輥軋制力消失。通過這種方式，可以有效的避免短行程早啟動和早結束的情況，保證頭尾寬度。

短行程的調節要考慮精軋是否投用熱卷箱，因為投用熱卷箱會頭尾對調。短行程的調節要根據收縮量、展寬量進行區分，根據金屬流動最小阻力定律，頭和尾也不同，因此要想保證頭尾寬度，必須細化頭尾短行程的調節。a0 和S 值均為0 不代表等寬軋制，受粗軋立輥和平輥之間的微張力、精軋機架間微張力和金屬流動最小阻力定律的共同作用，即使a0 和S 值均為0，尾部的寬度仍然會發生變化，均要根據最終的成品頭尾寬度進行調整，以最終成品寬度為調整依據和調整方向。

措施：優化粗軋短行程開始和結束邏輯，增加控制條件，避免短行程跟蹤計算不準而造成的失效。同時加強崗位工操作技能和責任心，對頭尾寬度曲線異常情況及時調整，保證寬度控制精度。

1.5 優化精軋活套控制，改善尾部自由寬展

1580 軋線精軋是由7 架四輥不可逆軋機構成，軋機間距5.5m，為了保證軋制穩定性，活套的降套方案是根據尾部的跟蹤計算，在前一機架拋鋼前0.4s ～1s 時降套，可以保證尾部拋鋼穩定，但是這也造成了尾部是自由寬展，造成尾部超寬。

精軋正常生產時，精軋機架間是微張力控制，從F1-F7 每架軋機間張力在0.6 兆帕～1.5 兆帕之間，這也造成軋件在精軋軋制過程中寬度是被拉窄或者不展寬的狀態，但是由于尾部在拋鋼前活套降套，軋件最尾部是自由寬展，這造成尾部3m 超出寬度公差上限值。為此進行以下實驗：

（1）經過與自動化控制專家溝通，先嘗試調整粗軋短行程來將尾部收窄，最后由精軋展寬后，寬度命中，但是通過調整短行程，及時粗軋尾部能夠收窄，但是經過精軋軋制尾部仍超寬，如果中間坯收窄長度太長，反而成品在尾部的4m ～6m 左右的位置出現窄尺的情況。

（2）為了驗證尾部超寬是由于精軋造成，特意一個軋程的最后一塊進行實驗，提前手動啟動飛剪切尾，保證將中間坯超寬的尾部切除，觀察成品尾部寬度，最終證實尾部超寬是由于精軋軋制造成的尾部超寬。

（3）嘗試增加軋機尾部降速功能，在活套降低后，通過降速，增加尾部張力來緩解尾部自由寬展。經過在自動化一級控制上增加軋機降速塊，經過實驗，尾部被拉窄的位置不在末端，而是在尾部10m 左右的位置。

（4）活套延遲降套，將活套降套的條件不在用尾部跟蹤，而是改用軋機咬鋼信號，這樣可以保證在軋機拋鋼前，活套一直提供張力，保證軋件一直被拉窄。但是通過實驗，F1 和F2 軋機出口軋件厚度均在10mm 以上，尾部拋鋼相對穩定，但是從F3 開始，軋件較薄，尾部出現不穩定的情況，不易控制，實驗到F4 的時候，軋件在F4 出口出現了甩尾的情況。

（5）經過上次實驗，精軋F1 機架和F2 機架仍用拋鋼信號來執行降套命令，從F3 機架開始活套用尾部位置跟蹤降套，保證活套早于咬鋼信號0.1s ～0.2s 執行降套命令，這樣可以縮短尾部自由寬展的長度。同時在降套前，軋機添加速降斜坡，可以穩步的由活套提供的張力轉變到由軋機間提供張力，直到拋鋼，一直有張力作用在軋件的尾部。

最終措施：結合自動化控制專家，調整精軋活套控制的穩定性，不同機架采用不同的活套降套方案，通過增加精軋機架間的尾部張力控制，緩解尾部寬度控制。

但是不同的二級控制系統，活套的控制方法均不同，受軋制鋼種、厚度規格影響，活套穩定性均發生較大變化，在軋制薄規格時，活套的角度和張力均存在較大的波動，波動會造成寬度發生變化，甚至出現軋爛、軋斷的惡劣生產事故，因此活套調整的硬度、控制方式要根據鋼種、規格做更細化的控制，這也是后續重點解決方向。

1.6 添加板坯測寬儀，提高寬度控制精度

1580 線原設計沒有定寬壓力機，而且板坯寬度較雜，常規坯型有4 個，分別是960mm，1030mm，1215mm 和1265mm，成品最大寬度收縮量50mm，而且板坯寬度規格公差是-5mm ～15mm，導致粗軋寬度模型計算自學習受板坯寬度影響較大。1580 線對應2個鑄機，品種較多，有冷軋料、普碳鋼、高碳鋼、合金鋼等等，板坯收縮比也均不同，而且坯寬受拉速、換水口等原因對板坯寬度影響較大，以所以造成1580 線成品寬度不易控制。

1580 線粗軋立輥控寬主要是根據坯型寬度和成品寬度來計算粗軋立輥每個道次的側壓量，所以當板坯寬度發生較大變化后會影響整個粗軋控寬模型的參數自學習，也會造成同一寬度層別的成品寬度發生波動。

為了解決板坯寬度對模型計算的影響，決定在加熱爐的上料輥道入口增加板坯測寬儀，如圖4 所示，測量每塊入加熱爐板坯的實際寬度，并將寬度值發送到二級控寬模型，參與粗軋控寬計算，模型可以準確的根據板坯寬度和成品寬度計算粗軋每個道次的立輥側壓量，保證粗軋出口中間坯寬度，最終提高成品寬度控制精度。

由于每塊板坯的寬度均不相同，而且小范圍內的寬度波動不影響最終的成品寬度，所以板坯測寬如果在板坯定尺寬度的5mm 范圍內，就按照板坯的寬度定尺參與粗軋寬度模型的計算，如果超出此范圍就按照實測的寬度進行粗軋側壓量的計算，這樣可以減少粗軋寬度模型的計算次數，降低對粗軋模型自學習的影響。

通過添加板坯測寬儀，并將超出板坯定尺寬度5mm 的按照實際寬度值參與粗軋寬度模型計算，可以緩解板坯寬度波動對成品厚度的影響，提高成品寬度控制的準確性。

2 總結

經過寬度問題的不斷研究及寬度模型的不斷摸索，得到以下結論：

（1）粗軋寬展自學習系數可以用來輔助動態了解寬度設備運行狀況，如測寬儀測量是否存在偏差，立輥磨損狀態、磨損補償是否合理、板坯寬度是否存在異常等，以保證寬度控制精度。

（2）粗軋寬展及精軋寬展自學習參數存在一定規律，可以通過提前干預參數應對突發問題，避免超寬超窄問題，測寬儀故障期間的寬度命中率由前10 日的86.6%提高到了94.68%。

（3）細化粗軋寬度分層，可以提高同層別內不同寬度的控制精度，相同寬度層別內換規格軋寬軋窄卷數由之前的15 卷/月以上降低到目前的5 卷/月以內。

（4）立輥磨損系數在0.0004 時，系數最為合理，寬度控制基本穩定，換立輥后10 日內的寬度命中率由89.6%提升到93.3%。

（5）優化短行程開始和結束時序后，可以保證短行程的有效性，避免出現短行程開始和結束因跟蹤不準而造成的短行程失效。

（6）優化精軋活套控制方式，不同機架分別調整降套的方案和時序，增加精軋尾部張力控制，緩解帶鋼尾部超寬。

（7）在加熱爐入口輥道添加板坯測寬儀，將所有入爐板坯的實際寬度傳動給粗軋二級，參與粗軋寬度模型計算，可以有效的提高成品寬度控制精度。

通過采取以上幾種方法，有效的解決了我廠換立輥后超寬及換規格容易軋寬、軋窄的問題，我廠寬度命中率由2020 年的92.5%提高到了現在的95%，由于整體寬度異常導致的無合同產品數量控制到了5 卷/月以內，寬度控制精度又上新臺階。