冷连轧机厚度控制技术的发展

摘要：我国的钢铁工业从1949年建国初到如今已有近60年的发展，在这60年的艰苦奋斗中，中国凭借自己的努力已经取得了巨大的成绩，在我国钢铁工业发展初期年产量仅有几十万吨，如今2010年已经突破了6亿吨，同比增长9.3%。并且多年来位居世界第一，成为世界第一产钢大国，虽然取得了惊人的成果，但是我国目前许多工业产品如汽车、船舶、电子、航天航空等需要的刚材依然大部分依赖进口。所以为了弥补我国目前的钢铁现在的需求以及加速提高我国刚材产品质量在当下显得日益迫切。

关键词：冷连轧；厚度

【分类号】：TU855

1、引言

板材中板带材是宽厚比很大的矩形断面金属材，主要用轧制方法生产，并且主要用于冲制各种零部件，用途极其广泛，板带材可根据需要裁剪、弯曲、冲压和焊接成各种构件和制品。高速连续式的板带轧机和宽厚板扎机的迅速发展，使板带材成本降低，质量提高，工业发达国家的板带钢产量占钢材总产量的比重逐年增加，目前已达60%多。因此对其要求厚度精度十分严格， 同时板型也要符合要求，这样才能提高冲模寿命， 降低不必要的损耗和增大冲压材的精度，轧制产品的高精度是轧钢技术发展的重要趋势之一。

带钢的主要成品工序是冷轧带钢，并且在制造过程中其所产生的冷轧薄板属于高附加值的钢材产品，这种产品也同样成为了许多行业必不可少的原材料。从世界的钢材市场中来看，我国的冷轧薄板供不应求，并且生产的冷轧板只有48%，每年需要从发达国家进口大量的冷轧薄板，供求矛盾日益严重。

2、冷连轧机厚度调节技术的发展

板带材厚度调节技术的发展经历了不间断的由繁到简由粗到精的过程，并且按出现的时间顺序可以分为以下几大类：

2.1 手动压下调节板厚

最早期的冷轧机靠手动调节压下螺丝进行辊缝调节，使用起来不方便而且费时费力，往往在生产中带来一定的困扰，并且仅能通过手动设定原始辊缝，根本无法达到厚度精度控制的要求，因此仅能生产一些对精度要求不高的器件，所以现在这种方法已经不再使用。

2.2 电动压下调节厚度

这种调节方法相对于手动调节有一定的优越性，不过这种调节方式一般不能在线调节，无法保证严格的厚度精度，因而目前只有在开环和厚板轧机上使用，板带轧机上很少使用。

2.3 电动双压下系统调节厚度

控制板厚偏差在生产设计中是一项十分重要的程序，然而目前大多数较为先进的轧机的厚度调节装置是由粗调和精调两部分组成，其中原始辊缝的设定主要通过粗调装置来调节，而精调装置用来在轧制过程中，随各种轧制条件的变化而进行微量的在线调整，这样既最大程度上保证了精度同时也使操作相对最简。由高速和低速两套电动压下系统构成了电动双压下系统。其中高速电动压下系统用来设定原始辊缝，在线调整一般都是通过低速电动压下系统工作。这种压下系统虽然比单一的电动压下系统好，但因其精调系统滞后比较严重，不能适应高速轧机的需要，因而现代化的轧机上已经基本不再使用。

2.4 电――双压下系统调节板厚

电――液双压下系统同样也由粗调和精调两部分构成，精调部分则采用液压系统，其中粗调部分就是一般的电动压下装置，用它来设定原始辊缝。由于液压系统响应频率高、速度快，所以这种调节精度高，特别适用于对原旧轧机的改造，目前仍在使用。

2.5 全液压压下调节装置

全液压压下的厚度调节系统取消了传统的压下螺丝，用液压缸直接压下，这种调节厚度方式结构简单，灵敏度高，能够满足很严格的厚度精度要求，并且可根据需要，改变轧机的当量刚度，是现代化轧机上普遍采用的厚度调节方式。

2，6 弯曲支撑辊的厚度调节方式

1969年，M.D.Stone提出了一种新的厚度调节方式，即利用支撑辊弯曲进行厚度调节。此种厚度调节方式的优点是响应速度快，响应频率高并且可以在任何载荷下调节，这种板厚调节可以发展成新的板厚板形调节系统。

2.7 工作辊衡移的厚度调节方式

这种厚度调节方式的调节力小，简单方便且实用，目厚度自动控制系统前已得到了广泛应用。

3 冷连轧机厚度控制方法的发展

3.1 用测厚仪测厚的反馈式

20世纪80年代厚度控制系统大多数是这类系统，带钢从轧机中出来以后，通过测厚仪测出实际轧出厚度m1，并与设定厚度值m1set相比较，得到厚度偏差，当二者相等时，厚度差运算器输出为零。若给定厚度值与实测厚度值相比较出现厚度偏差时，便将它反馈给厚度自动控制装置，变化为辊缝调节量的控制信号，输出给压下执行机构，以消除偏差。

然而，在检测带钢厚度各项指标时，还应该考虑时间，但是这种控制方式因检出的厚度变化量与辊缝的控制量不是在同一时间内发生的，所以实际轧出的厚度波动不能得到及时的反映，结果使整个厚度控制系统的操作有一定的滞后性。为防止厚度控制过程中的此种时间滞后，因而采用厚度计式的厚度自动控制系统。

3.2 厚度计式厚度自动控制系统

在轧制过程中，任何时刻的轧制压力P、机架刚度 和空载辊缝 都可以检测到。根据轧机的弹跳方程h= +P/ ，计算出任意时刻的实际轧出厚度h。这就等于把整个机架作为测量厚度的“厚度计”这种检测厚度的方法称为厚度计方法（简称GM - Gauge Meter），这种厚度控制系统称为GM - AGC.这种方法可以避免传递时间滞后，但是对压下机构的电气和机械系统、以及计算机控制时程序运行等时间仍不能消除，这种方式从本质上仍是反馈式的。

3.3 前馈式厚度自动控制系统

上述两种厚度控制系统都避免不了控制上与传递上的滞后或过渡过程的滞后，因而限制了精度的进一步提高，特别是当来料的厚度波动较大时，更会影响带钢的实际轧出厚度的精度。因此为了克服这一缺点，在现代的冷连轧机上都广泛采用前馈式厚度自动控制系统，简称前馈AGC。它用测厚仪或以前一机架作为“厚度计”，在带钢未进入本机架之前测量出其入口厚度 并与给定厚度值 进行比较，当有厚度偏差δH，从而确定为消除此δh值所需的辊缝调节δS然后根据该监测点进入本机架的时间和移动δS所需的时间，提前对本机架进行厚度控制，使得厚度控制点正好是δH的监测点，前馈式厚度控制属于开环控制系统，一般将前馈式与反馈式厚度控制系统结合使用。

3.4 张力式厚度自动控制系统

轧制压力可以通过改变去张力来控制。进而改变轧出厚度，并且改变张力相对于改变压力控制厚度其惯性小、反应快、易稳定，由于轧件的厚度和塑性刚度很大，所以可以采用张力AGC进行厚度微调。

3.5 液压厚度自动控制系统

由于流体传动与控制技术得到了发展，由于其功率大、惯性小、相对速度快等特点。在20世纪以来在各个工程领域得到了大大的应用，轧机的压下系统也逐步采用电液伺服技术，对提高成品带钢的精度有重要意义。

3.6 冷连轧机流量AGC系统

随着科学的进一步发展，20世纪90年代，激光测速仪的问世，不仅可精确获得各机架前滑值，而且通过变形区秒流量恒定法则，有可能精确计算出变形区的出口厚度。激光测速仪的采用，既可高精度获得变形区出口厚度，又可及时进行反馈控制。

4 结论

目前主流是液压压下调节装置、弯曲中间辊、弯曲工作辊和中间辊衡移等多种调节技术共同作用，各种厚度控制方法在现代的冷连轧机上都在使用，但各冷连轧机组的厚度控制方法又有很大的区别。

参考文献：

[1]李仲德，杨卫东.冷连轧机厚度和张力系统的的多变量解耦鲁棒控制[J].控制理论与应用.2011（4）：581-586

[2]张岩，邵富群. 冷连轧机厚度自动控制策略应用对比分析[J].

控制工程.2010（3）：265-268