李 偉, 楊立慶，鄧杭州，陳 全

(安陽鋼鐵股份有限公司第二煉軋廠，河南 安陽 455004)

在熱連軋生產(chǎn)過程中，軋制狀態(tài)的不對稱跑偏是困擾板帶生產(chǎn)的主要難題之一。特別是在軋制薄規(guī)格拋尾時，全程需要通過操作人員對軋機輥縫水平調(diào)整保證軋機的對稱性控制,不僅控制難度高，也極大地增加了操作人員的勞動強度，嚴(yán)重影響了產(chǎn)線的生產(chǎn)和薄規(guī)格效益品種的開發(fā)。本文對軋制跑偏因素進行分析，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計一種帶鋼自動糾偏控制的方法，通過工業(yè)實驗和改進，有效減少了軋機甩尾、堆鋼等事故，降低了勞動強度。

1 研究背景

安鋼1780 mm熱連軋精軋機組為七架連軋，帶鋼軋制過程大致可分為穿帶、穩(wěn)定軋制、拋尾三個階段。軋件頭部在精軋機內(nèi)完成穿帶后，由于活套張力的強制對中，帶鋼進入穩(wěn)定軋制階段。帶鋼拋尾時，活套進入落套階段，活套高度的大幅變化帶來活套張力的不穩(wěn)定，各機架處于失穩(wěn)狀態(tài)，軋件可能出現(xiàn)跑偏，這時需要操作人員根據(jù)現(xiàn)場狀況并結(jié)合經(jīng)驗對軋件的跑偏方向進行判斷，通過手動調(diào)整軋機輥縫水平來糾正軋件的跑偏。但是由于軋制速度快、軋件失穩(wěn)程度無法精細量化等因素的影響，操作人員的判斷及調(diào)整經(jīng)常出現(xiàn)滯后甚至失誤，造成軋件軋破、甩尾等事故，事故的頻發(fā)同時也嚴(yán)重降低了生產(chǎn)作業(yè)效率。

2 軋制不穩(wěn)定因素分析

理想軋制時，軋件的寬度中心線應(yīng)與軋制中心線重合，軋件的幾何尺寸與軋機應(yīng)力狀態(tài)沿軋制中心線完全對稱。但是，實際軋制時，由于橫向非對稱的不穩(wěn)定擾動很難避免，完全理想的橫向?qū)ΨQ狀態(tài)很難存在或維持。要維持穩(wěn)定軋制過程，就需要進行軋機和軋件對稱性的控制。

對實際生產(chǎn)線現(xiàn)場統(tǒng)計分析，常見軋件橫向非對稱不穩(wěn)定狀態(tài)有以下四種表現(xiàn)形式：

1)軋機兩側(cè)的壓下量差:當(dāng)軋機輥縫水平出現(xiàn)問題時，軋機兩側(cè)壓下量產(chǎn)生差異，造成兩側(cè)金屬流動產(chǎn)生差異，產(chǎn)生延伸不均，從而造成軋件跑偏。

2)軋件楔形:軋件厚度橫向不對稱，產(chǎn)生橫向厚差形成楔形截面。實際連軋生產(chǎn)過程中，軋制參數(shù)相對軋制中心線橫向不對稱，就會造成軋件中心線偏離軋制中心線，其外在表現(xiàn)形式是軋件跑偏。

3)軋件相對于軋制中心線偏置:軋制變形區(qū)內(nèi)，軋件寬度中心偏離軋制系統(tǒng)中心，產(chǎn)生偏心距離。偏心的存在會破壞軋機受力變形的橫向?qū)ΨQ性、有載輥縫的橫向?qū)ΨQ性，并使軋輥磨損、軸承間隙等失去橫向?qū)ΨQ性。

4)軋機的兩側(cè)剛度差:由于軋制的沖擊磨損以及軋機和輥系的裝配間隙，造成軋機兩側(cè)剛度較之設(shè)計理想剛度產(chǎn)生較大變化，在實際軋制中就會出現(xiàn)兩側(cè)壓下量出現(xiàn)差異的狀況，造成軋件兩側(cè)出輥速度不同，形成軋件的跑偏。

在實際軋制中，由于各種因素往往綜合作用于軋件的跑偏過程，使跑偏問題復(fù)雜化，需對各種單一因素隨軋制跑偏的影響進行分析對比，見表1。

表1 單一不對稱條件下軋件跑偏狀態(tài)

通過表1分析可知，操作側(cè)軋制力和傳動側(cè)軋制力的差值，可反映軋制過程中系統(tǒng)的橫向不對稱特征，但與跑偏方向卻無一致相關(guān)性。不過如果軋件向操作側(cè)跑偏，操作側(cè)的軋制力會越來越大，而傳動側(cè)的軋制力則會越來越小，操作側(cè)和傳動側(cè)的軋制力差就會變大：如果軋件向傳動側(cè)跑偏，傳動側(cè)的軋制力會越來越大，而操作側(cè)的軋制力則會越來越小，操作側(cè)和傳動側(cè)的軋制力差就會變小。因此，軋機兩側(cè)檢測的軋制力差隨時間的變化量可以作為判斷軋件跑偏的依據(jù)，并以此進行自動輥縫調(diào)平設(shè)計。文獻[1]通過對軋制跑偏的研究得出了與上述觀點相同的結(jié)論。文獻[2]與文獻[3]對鋁帶連軋自動糾偏控制進行了實踐。

3 帶鋼自動糾偏的功能設(shè)計

由于軋機的自動厚度控制(AGC)具有自動壓下的功能，利用這一設(shè)備功能，將自動輥縫水平調(diào)整的功能設(shè)計疊加到AGC上，可以在不增加任何投資和設(shè)備的情況下，實現(xiàn)自動糾偏的控制。具體設(shè)計方法如下：

軋件在穩(wěn)定軋制階段，電氣一級控制系統(tǒng)通過安裝在軋機兩側(cè)(操作側(cè)和傳動側(cè))下方的測壓頭進行軋制壓力檢測，并將檢測到的軋機兩側(cè)的軋制壓力進行差值計算(軋制壓力差值計算是指軋機操作側(cè)軋制壓力減去軋機傳動側(cè)軋制壓力)，以該軋制壓力偏差作為參考基準(zhǔn)。當(dāng)軋件進入拋尾階段時，對實時檢測到的軋機兩側(cè)的軋制壓力進行差值計算，然后比照參考基準(zhǔn)值計算輥縫偏差調(diào)整量，并輸出給軋機AGC控制系統(tǒng)(自動厚度控制系統(tǒng))，在原有的AGC缸伸出量的基礎(chǔ)上增加輥縫偏差的AGC缸伸出量，以實現(xiàn)對軋機兩側(cè)輥縫偏差的實時糾偏調(diào)整，直至軋件拋尾完成。

自動糾偏調(diào)整量的計算公式為：

△S=M*(△Fb-△Fr)/K

其中：△S——自動糾偏調(diào)整量，mm；

△Fr——軋制壓力偏差參考基準(zhǔn)，KN；

△Fb——拋尾過程中軋制壓力偏差，KN；

K——軋機剛度，KN/mm；

M——修正系數(shù)；

通過將軋件穩(wěn)定軋制時壓力偏差的采集設(shè)置在精軋機的末機架與卷取機建立張力后10 s時，可避開軋件穿帶剛完成時軋制壓力的不穩(wěn)定時段，軋件尾部離開精軋機的末機架時，系統(tǒng)對軋制壓力偏差參考基準(zhǔn)進行清零，使得每次軋件的軋制壓力偏差基準(zhǔn)參數(shù)都為軋件本身，即每塊軋件的系統(tǒng)變量僅為系統(tǒng)參數(shù)，與不同軋件本身并無影響因素，保障最終輥縫偏差量調(diào)整的精確度。

4 自動糾偏控制的應(yīng)用效果

4.1 自動糾偏控制使用初期狀況

自動糾偏控制設(shè)計完成之后，投入使用，對F1-F7機架進行數(shù)據(jù)跟蹤采集分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)帶鋼出現(xiàn)跑偏時，自動糾偏控制適時地進行控制，及時地糾正跑偏狀況，使得帶鋼始終控制在軋制中心線周圍，說明自動糾偏控制已經(jīng)開始發(fā)揮作用，但糾偏調(diào)整量存在反復(fù)震蕩的問題(見圖1)。

圖1 自動糾偏初期應(yīng)用狀況圖

通過分析原因有兩點：(1)在自動糾偏控制設(shè)計上，壓力偏差調(diào)整的基數(shù)過小，軋機存在極小的偏差時軋機也反復(fù)調(diào)整；(2)當(dāng)軋輥不圓度較大或壓力檢測元件檢測出現(xiàn)波動時，自動糾偏也會出現(xiàn)往復(fù)調(diào)整的異常情況。

為此，通過功能設(shè)計需要在功能設(shè)計上將壓力偏差調(diào)整基數(shù)調(diào)高；對軋輥磨削圓度、同軸度等指標(biāo)精度嚴(yán)格控制在0.05 mm以內(nèi)，禁止磨削指標(biāo)異常的軋輥上線；通過軋機剛度分析確定儀表檢測的準(zhǔn)確性，對壓力檢測異常的機架暫時退出自動調(diào)整功能，在儀表檢測正常后再投入運行。

4.2 功能優(yōu)化后效果

功能優(yōu)化后，帶鋼自動糾偏的超調(diào)現(xiàn)象得到抑制(見圖2)，帶鋼跑偏量顯著降低，甩尾比例大幅下降。統(tǒng)計對比功能試驗前后的甩尾比例狀況，甩尾比率由0.95%下降到0.22%左右(見圖3)，由此帶來了產(chǎn)線作業(yè)率的大幅提高。

圖2 自動糾偏優(yōu)化后應(yīng)用狀況圖 圖3 精軋機甩尾比例走勢圖

5 結(jié)論

(1)軋制時軋制力變化差與軋機跑偏方向呈完全正相關(guān)的關(guān)系，因此可以通過軋制力的變化量作為軋機不穩(wěn)定方向的判定依據(jù)。

(2)通過軋機自動糾偏設(shè)計，并以軋機自動壓下裝置為執(zhí)行機構(gòu)，通過工業(yè)應(yīng)用，實現(xiàn)了軋機自動糾偏功能。