轧钢自动化系统的功能述评和技术发展

摘要：伴随我国工业化程度的不断提高，自动化控制系统越来越受到企业的关注，面对日益激烈的市场竞争，全面依靠科技进步，推进技术升级是提高企业竞争力的重要保障，本文通过对钢铁企业的轧钢自动化控制系统的功能阐释，并论述了有关轧钢自动化系统的关键技术发展，以期更好推进轧钢自动化系统的更好更快发展，为钢铁企业全面实现自动化生产提供重要的技术基础。

关键词：轧钢自动化系统 功能技术发展

中图分类号：C35文献标识码： A

前言：轧钢自动化控制系统是轧制过程中实现质量改进、降低成本、提高效率的重要保障，随着经济建设的不断发展与进步，钢铁企业对于自动化的需求也就越来越高，这在很大程度上推动了自动化控制系统的技术改进与升级，随着科学技术的不断发展，轧钢自动化系统还将不断得到强化，以更好的适应钢铁企业的发展与创新，为进一步实现钢铁企业的全面升级打好坚实的基础。

一、轧钢自动化系统的功能

轧制过程自动化所要解决的问题是提高和稳定产品质量,提高轧线设备的作用效率,以便达到最经济地进行生产和经营的目的。对于型钢、线材、棒材等较小断面钢材轧机,因轧件断面愈轧愈小,这类轧机的关键是严格控制轧机在轧制过程中受到的张拉。

采用连轧生产工艺时,同一轧件同时处在前后儿架相邻机架中轧制,极易因各架主传动速度的匹配比例偏离轧件对应的延伸率而使轧件受到推拉。因而无活套微张力控制,活套控制,主机速度设定系统是这类轧机自动化系统的核心,也是必备的基本内容。

板带轧机自动化系统,特别是带钢连轧自动化系统所要解决的主要问题是适应于多品种和多规格的轧制规程设定计算,提高尺寸精度的自动厚度控制,自动宽度控制,板形控制；保证和改善带材物理特性的轧制温度控制和卷取温度控制；稳定轧制过程的主机速度控制和张力控制。

钢管轧机自动化系统主要是运转控制和速度控制，锯切优化的控制等功能。对于无缝钢管轧机自动化系统还有尺寸控制和质量控制功能。发展工业炉自动化是节能、降低烧损、提高产品质量、稳定高产的必要技术手段。

一个完整的轧钢自动化系统可以按功能层次划分为四级,即生产管理级、生产控制级、过程控制级和基础自动化级构成管理控制一体化的系统。按照功能划分,过程控制级通常有四个子系统:数据采集和轧件跟踪子系统，过程监控子系统，轧机控制子系统，实用工具软件子系统。

基础自动化用于直接控制轧线设备,实现轧制过程的自动控制,按照其实现的难易程度,将其划分成四类:

1、逻辑控制和状态监视,诸如轧线设备的启停逻辑、联锁逻辑、时序逻辑、液压、、通风、冷却水的监视,主要是代替原来的继电器系统；

2、位置自动控制和速度给定控制，

3、活套控制，卷取张力控制,机架间的张力控制,这些都属于较为复杂的数字闭环控制；

4、自动宽度控制、自动厚度控制、自动板形控制和卷取温度控制。

二、轧钢自动控制的关键技术发展

1、 尺寸精度自动控制技术

轧件的形状尺寸控制包括厚度控制（AGC）、宽度控制（AWC）、其中厚度是板材类产品（包括冷轧带钢、热轧带钢和中厚板）最重要的质量指标，因而历来受到人们的重视，因而 AGC 技术成为目前轧制过程控制中相对最为成熟的技术。

（1） 冷轧带钢 AGC

带钢的冷连轧过程轧制力大、速度快、产品精度要求高，通常不同机架按控制功能的需要配备几种不同的自动厚度控制方法，以求达到最佳的控制效果。

激光测速仪的出现及其在冷连轧中的应用，可直接对带钢速度进行精确测量，从而提高了带钢厚度控制效果。冷轧带钢的厚度控制系统中，通常还有轧辊偏心补偿、轧辊轴承油膜厚度补偿、加减速过程中摩擦系数补偿等功能。

2) 热轧带钢 AGC

为了进步提高厚度精度，随着液压压下的普遍采用、设定模型精度的提高、控制系统软硬件性能大大幅度改善等，近年来出现了绝对值AGC，带钢进入轧机后立即开始按照它的绝对厚度进行控制。

绝对厚度的目标值由设定模型给定，根据实测轧制力与预设定轧制力的偏差来改变压下位置，使轧出的板厚达到设定计算的目标厚度，从而可以缩短超差的长度。

(3) 中厚板 AGC中厚板轧制过程的特点是在一个机架内往复进行多道次轧制，辊缝尺寸频繁大幅度变化。另外，中厚板的轧件短，头尾占的比例大，纯轧时间短，这些都为精确的厚度控制增加了难度。通过采用绝对值 AGC、近距离测厚仪、高精度设定模型等措施来提高厚度精度，近年来同板差可达±0.050mm，异板差可达±0.100mm。

(4)热轧板带钢 AWC轧件的头尾变形条件与中部有较大的差别，头尾温度低.没有外端的作用，因而容易在轧件头尾产生失宽从而影响宽度控制精度和成材率。为了解决这个问题，在立辊轧制道次中，适当打开辊缝，减少对头尾部的宽向压下量，对头尾失宽现象加以补偿。

(5)型钢尺寸精度控制

棒线材的尺寸精度控制与板带钢不同，孔型设计的水平对尺寸精度有主要影响。传统的棒线材轧机没有带钢压下的装置，产品的尺寸精度依靠调整工手动控制。最近出现了精轧机架带液压压下的棒钢轧机，由二个机架分别进行圆钢垂直和水平尺寸的控制，并称之为 ADC。

2、 板形控制

板形控制包括平直度控制（AFC）和断面轮廓控制，其中平直度控制对冷轧带钢、热轧带钢和中厚板都非常重要，是板形控制的重点。

（1） 冷轧板带钢板形控制

带钢的冷连轧过程通常带有较大的张力，因而板形缺陷不容易肉眼见到。常用分段测量辊来测出带钢横向张力的分布，换算出板形值。测得的板形缺陷通过弯辊、轧辊横移或交叉、冷却水分段控制等执行机构来进行控制。

（2） 热轧板带钢板形控制

由于热连轧带钢的特点，不可能采用冷连轧那种分段辊式板形仪，目前通常采用激光式板形仪，即通过激光照射到带钢后，光点反射回的角度变化来推算轧件的平直度。板形控制的执行机构过钢时主要是弯辊，不过钢时可以通过轧辊横移或交叉改变初始辊缝凸度。

3、 中厚板的平面形状控制

中厚板轧制中轧件的厚度要比带钢大，金属横向流动的自调节能力较强，因而平直度问题不突出。但是中厚板轧件相对短，头尾占的比例大，如果轧件的平面形状偏离矩形，切头、切尾、切边造成的金属损失会非常大，为此需要进行平面形状控制。

4、 组织性能控制技术

热轧过程中对轧件组织性能的控制，是通过控制轧制和控制冷却来实现的。控轧控冷在国外被称作 TMCP ，其中包括对变形量的控制和对轧件温度与冷却速度的控制。对轧件温度控制的手段有机架间冷却和轧后加速冷却等，冷却方式有 U型管层流、高密度直集管层流、水幕、气雾冷却等。

（1） 热轧带钢的层流冷却

根据用户对产品组织与性能的要求和材料组织演变特点，确定冷却策略，利用数学模型来计算冷却集管的开关阀门组态，实现加速冷却。在卷取机之前设有测温仪，根据实测温度与目标卷取温度的差值进行反馈控制，以提高卷取温度精度。

（2） 中厚板的加速冷却

由于没有充分重视加速冷却的作用和设备条件等方面的原因，中国的中厚板轧机曾经被讥讽为世界上最干旱的轧机。

因此，加强中厚板的冷却速度是解决该技术的关键，这就需要技术研发人员能够从中厚板加速冷却方面多下功夫，加快其冷却速度，以提高冷却精准度

近年来情况有了很大的变化，随着各大中厚板厂建起了加速冷却系统，使我国中厚板轧机生产高质量产品的能力有了大幅度提高。与热轧带钢不同，中厚板的加速冷却系统除了有冷却水阀门的开关控制外，还有流量调节和辊试速度调节，以满足对终冷温度精度的要求。

（3） 超快速冷却( UFC)

lF 钢铁素体轧制，要求进精轧机组的轧件在短时间内迅速冷却完成相变，进入铁素体区；而生产相变诱导塑性钢（TRIP)，则要求出精轧后，立即采用很快的冷却速度，迅速进人铁素体区，之后采用缓慢的冷却速度，在铁素体区维持一段时间，完成所希望的铁素体转变量后，再快速冷却，进入马氏体区，进行马氏体转变。

（4） 热轧钢材组织性能的在线预报

在成分一定的条件下，热轧钢材的性能是由其微观组织决定的，而微观组织是伴随着轧制过程中再结晶、相变、晶粒形核与长大、微合金元素的析出等一系列物理冶金过程演变的结果。

决定上述物理冶金过程的关键，是轧制工艺制度，包括变形制度和温度制度。也就是说，对特定成分的钢种，其组织性能是由轧制过程参数决定的。基于这种认识，出现了钢材组织性能在线预报。

结语：轧钢自动化系统的发展离不开轧钢技术的完善与升级，只有不断的依靠科技进步全面且有效的推进技术改善，才能从根本上推动轧钢自动化系统的完善与进步，从而更好的为钢铁工业的自动化发展服务，并为实现钢铁工业智能化的最终目标提供重要的技术支持，以实现钢铁企业的可持续健康发展与壮大。

参考文献：

[1] 张杰.天津岐丰钢铁热轧生产线成功应用新技术[N].现代物流报，2008.

[2] 明文.全面提高连铸连轧的可靠性和灵活性[N].中国冶金报，2008.