优化短行程控制提高热轧卷板宽度精度

摘要：针对国丰钢铁1450热连轧机组粗轧区轧制过程的工艺特点，优化电气自动化和模型系统，建立控制头尾形状的短行程控制系统，提高卷板通条宽度精度。

关键词：短行程控制; 电气自动化

1 前言

热轧卷板通条宽度精度是衡量卷板质量的重要指标之一，较高的宽度精度可以大大较少切损、提高成材率和产品美誉度；同时也可避免因大头大尾而产生的废钢事故。而国家标准GB/T 709-2006 对钢板的宽度精也提出了明确的指标，即宽度小于或等于1500mm 的不切边钢板宽度精度应控制在0―20mm 以内。为保证达到或超过这一指标，现代化的热连轧卷板生产线大都配置了粗轧立辊和精轧立辊机架，且粗轧立辊都具有短行程控制（SSC）和自动宽度控制功（AWC）。

2 宽度控制水平及宽度精度实际现状

薄板在宽度控制精度上主要存在以下两个问题：

（1）卷板头尾控制精度不高，头尾超宽可达到35mm，表现为“大头大尾”现象，说明粗轧立辊短行程控制（SSC)存在一定的问题。

（2）卷板通条控制精度基本符合企标和国标要求，但有时也出现宽度超差。

3 短行程（SSC）控制功能原理

3.1板坯端部变形行为

板坯经平辊立辊轧制后，产生的横截面的变形如图3-1所示。未经立辊轧制的板坯厚度h0和宽度wo，经立辊轧制后板坯宽度为wc，板坯中心处厚度为hc，同轧辊接触处厚度为hr，最大厚度为hb。板坯在宽度方向受到轧制压缩的时候，变形集中于板坯边部的局部区域，所以减宽后的板坯的断面出现明显的双鼓形(习惯上也称为“狗骨”形).

图3-1立辊轧制后板坯截面形状

3.2板坯头尾变形特征

板坯立辊轧时板坯与轧辊接触后，余属变形首先沿着轧辊的切向流动，形成宽度的缩窄，直至形成一定的刚端，这种金属向中部流动的情况逐渐受阻而停止。图3-2所示为立辊轧制时板坯咬入过程十个瞬间板坯变形的情况。可以清楚的看到，从第四步开始，板坯脱离同轧辊的接触，此时板坯尚未离开辊缝的出口。直到轧过一定的长度后，从入口到出口板坯同轧辊才是完全接触。

图3-2立辊轧制时板坯变形示意图

3.2短行程控制原理

图3-3 短行程控制原理示意图

当板坯进行大侧压时，由于板坯尾部没有受到“刚端”的作用，立轧后这部分金属要向中间流动，并且不是均匀延伸，从而造成失宽，如图3-3所示。另外，板坯中间部分的“狗骨”形比板坯两端严重，平轧后的恢复量也比两端大。因此经过平轧道次后，原来的失宽被进一步加大。由于立辊轧制后板坯头部的缩窄、头尾的鱼尾形及头尾的“狗骨”高度较小，经水平轧制后，板坯的不均匀变形更加严重。为保持钢板的宽度精度和变于精轧操作等，在进入精轧机组前，这种不均匀变形的部分将被切除，这样，如何抑制鱼尾和舌头以及失宽的量，减少切损，提高成材率就成为轧制调宽的关键问题。为了减少失宽量，我们采用了短行程技术。短行程控制是在大侧压下用于克服板坯头尾部所产生的失宽，提高板带成材率的一项先进技术。其基本思想是：根据大侧压调宽时板坯头尾部收缩的轮廓曲线，使立辊轧机的辊缝在轧制过程中不断改变，其变化曲线与之对称且相反，以补偿侧压失宽量，再经过水平轧制后，使头尾部的轧制失宽量减少到最

低限度。

头部端点的开口度最小，随着轧制的进行逐渐增大开口度直到达到静态开口度(板坯中间部分立辊辊缝)。尾部则相反，从静态开口度逐渐减小，直到尾部端点的最小开口度。这样在通过水平辊的继续轧制，带钢的头尾部的不规则形状将大大减小。由上图可知，头尾部的短行程控制曲线各由四个参数决定。头部设定模型如下，尾部设定模型与之类似。

w1 = fb1 + fw1*(w-w0) + fth1*(th-th0) + fdw1*(dw-dw0)

目前采用的系数该设定模型虽然可以在一定程度上减少头尾部的失宽，但是并没有达到最佳状态。通过现场大量数据采集发现首先是立辊不能百分之百的执行模型下发侧压量数据；其次模型下发的立辊侧压量还需进一步优化。这两个因素直接影响立辊的短行程动作曲线，该控制曲线最终将决定失宽的大小。然而出于板坯要经过立、平交替轧制，仿真模型非常复杂，很难利用传统的优化方法(如梯度最速下降法)来优化立辊侧压量控制曲线，而采

用经验方法逐步调整仍是比较把握稳妥的方法。但调整的前提是以不超过立辊轧制力及电机最大负荷的70%。

4 电气自动化程序优化

为了减小大头大尾现象，必须发挥立辊对板坯头尾的短行程控制功能，而让立辊实际侧压行程达到模型设定值要求显得尤为关键。当实际值与模型设定值保持一致时，下一步便可进行对设定值的优化，若立辊实际值与设定值不能一致，接下来的侧压量设定值优化将没有意义，立辊短行程PLC 控制程序修改内容如下：

4.1 动作优化

由于粗轧立辊为全液压控制，采用长行程大惯量液压缸，所以动作响应较慢，提高热轧卷板通条宽度精度不能满足立辊短行程快速调节的要求，尤其在轧制第五道次时粗轧机速度可达每秒5 米多，立辊辊缝实际值还没有到达短行程设定值时，板坯就已经离开粗轧机了，不能完全执行模型的设定值。所以根据跟踪，第五道次时提前0.2 米开始立辊短行程，立辊辊缝设定值到达短行程设定值后保持此值，直至短行程结束

4.2调整立辊位置控制器的参数

由于立辊每侧为上下两个液压缸单独驱动，动作过快过猛易造成立辊倾斜，从而卡住不能动作，所以立辊的动作不是很快,使立辊不能及时执行模型设定值。考虑到立辊短行程时单侧动作量很小，不过十几毫米，不会使立辊倾斜卡住，所以调整立辊位置控制器的参数，在短行程时采用较大的增益值，在其余动作时还采用原来的增益值，短行程时的增益值比其余动作时的增益值大四分之一。并且修改立辊位置设定值的”斜坡”，在短行程时的”斜坡”由原来的0.007 改为0.04，保证模型的设定值快速执行。

4.3 增加尾部SKI 值调节功能

由于板坯尾部形状翘头或扣头也会影响短行程的效果，所以第五道次增加尾部SKI 值调节功能，通过调节轧机上下主电机的速度调整板坯尾部形状。

5模型系统优化

在实现电气自动化系统优化以后，对模型系统进行优化。

5.1 增加立辊短行程的调节范围

为了补偿精轧机所产生的宽展，放大立辊短行程的调节范围，短行程长度最大值由原来的1.0 米改为2.0 米，短行程调节量的最大值由原来的0.007 米改为0.02 米，充分发挥短行程的作用。

5.2立辊负荷分配优化

立辊负荷分配应遵循板坯较厚时给与大侧压、板坯较薄时给与小测压的原则，若第5道次中间坯较薄仍给与大侧压，此时中间坯呈拱形，则起不到减宽作用。立辊负荷分配优化后对立辊第一、三、五道次轧制力进行观测 ，较合理的立辊负荷分配，根据经验第一道180-210t，第三道次90-120t，第五道次45-65t。

6总结

通过优化短行程控制系统, 头尾部的鱼尾形状得到明显改善, 轧件头部和尾部的鱼尾长度大大减小,从而减少了头尾切除损失, 提高了宽度精度和成材率。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。