热轧板带头尾厚度精度控制技术

【摘要】随着现代工业的迅速发展，板带应用越来越广泛。在对板带头尾厚度精度要求越来越高的同时，对板带尾厚度精度的要求也越来越严格。长期以来，板带头尾厚度精度控制系统是相互依赖的，彼此不可偏离对方而存在，两者的同时提高，才能提高整个操作的性能。为了提高板带的性能，传统的AGC技术已经不足以确保市场所需的精度，针对其中的现象，出现了很多新型的板带头厚度精度控制技术。

【关键词】板带 压头 压尾 控制技术

中图分类号：TG333.7+1文献标识码： A 文章编号：

引言

目前 ,国内大多数热连轧钢厂主要采用大立辊强力侧压技术控制带钢宽度精度 ,采用这种技术的主要问题是造成带钢头尾端部宽度超差。这些宽度超差的部分必须在进入精轧前用飞剪切除 ,从而造成切损很大。近年来 ,国内许多学者对提高热轧带钢头尾端部宽度精度的方法进行过研究,其中短行程控制(SSC)是目前的有效方法。但是经过立辊和水平辊的交替轧制 ,轧件变形十分复杂，传统短行程控制模型的参数大多是通过经验得到的实际应用过程中控制精度不高。随着产品种类和规格的日益增加以及客户对轧材的品种和质量要求越来越高 ,靠经验得到的短行程控制模型已经无法满足高精度宽度控制的要求 ,本文在传统短行程控制模型的基础上开发了短行程控制在线自学习功能 ,可以对控制参数进行有效优化 ,最大限度地减少热轧带钢的头尾宽度超差量。

最近几年，国际上高质量的厚度控制系统逐渐倾向于采用各种措施来减少头尾不考核的长度，并且卓有成效 ，对国内厂家而言，这同样是一个努力的方向。

在热轧厂的 AGC 系统中，加入“压头”与“压尾” 功能之后，轧出的带钢头尾质量明显好转，在头部咬入准确的情况下，出口厚度 4.0 mm 以上的带钢厚差均落入锁定厚度的±80μm 范围内，4.0 mm以下的落入 ± 60 μm范围内。

1 压头

一般而言， 带钢头部产生厚跃的原因有无张和黑头，二者中又以黑头为主。带头约有0.5 ～ 1.0 m长的部分温度比带坯平均温度低 30～50℃。由于带头到达 X 射线测厚仪开始锁定时各机架锁定点的温度（变形阻力）已与设定值有一定差距，因而将造成10～15 m 带头超差120～180μm。为消除头部厚跃，在控制策略上国外有的钢厂采用了“Taper Head” 的措施，所谓 “Taper Head” 是指每一机架咬入带钢前即开始下压， 咬入后迅速上抬到设定值 （同时进行活套补偿），直到带头到达 X射线测厚仪并被锁定为止。大多数厂家都对带钢全段喷高压除鳞水，这种情况采用该“Taper Head” 的控制策略就可以了，但有的厂家为了保证卷取质量，有意控制除鳞水的喷水时机而使带钢头部保持较高的温度，这样头部厚跃的位置也就发生了变化。因此，采取了头部模式在线识别来判断何时投入压头以及何时取消压头。

如果确切知道精轧机组入口处带钢头部未喷除鳞水的长度，用此长度除以F1 机架入口速度，就能得到未喷除鳞水的部分走完F1 机架所需要的时间t，根据流量相等原则，该部分走完F2--F6 中任何一架所需要的时间也是t，这样，就可以在F6机架咬钢之后延迟t秒投入压头，并保持该压下量至F6 机架抛钢；模式：如果未喷除鳞水的长度不确定，可以利用带钢轧入F1 、F2 机架后所得的实际轧制力P1 、P2 ，与预先设定的压力值P01 、P02 比较，如果 F1机架咬钢之后轧至某一位置时检测到 P1大于P01 ，并且该位置到达F2时，P2 大于P02 ，就在该位置到达 F6机架的时候投入压头（采用 F1、F2 两架检测主要是为了减少带钢“黑心”影响，确保检测值准确无误），并保持该压下量至 F6机架抛钢。

压头方式采用模式一，如图1所示，除鳞箱KB安装在精轧机组前 3m处，F1机架咬钢时除鳞箱开始喷水，这就意味着带钢在F1 机架和除鳞箱之间的部分没有喷除鳞水。反映到图2上就是A点以前的部分温度较高， A点以后开始喷除鳞水，温度降低，C点是尖锋位置。温度的突然改变会引起轧制压力P的变化，使带钢产生厚度偏差，其值为：

式中 h、s 、p ―――本机架的出口厚度、辊缝和轧制压力的变化量；

C―――轧机刚度系数。

设除鳞箱和 F1机架之间的距离为d ， F1入口速度为 v，则带钢从除鳞箱到F1 机架的时间为t=d/v。根据秒流量相等原则，在F6 机架咬钢t 秒后，喷除鳞水的部分才开始进入F6 机架，此时，减小 F5、F6的辊缝，调节量为：

式中 KH―――头部补偿系数；

Soi――― Fi机架的辊缝设定值。

根据现场调试结果，若轧制过程中不投入热卷箱，KH 应取1%--2% ，若投入热卷箱，KH 应取3%--5%。由于F5 、F6 为下游机架，辊缝设定值比较小，即使是5% 的调节量也不至于引起本机架轧制力太大的变化，因而对负荷分配造成的影响也比较小，可以忽略。

图 1自动化控制系统设备

R2―粗轧区不可逆四辊单道次轧机； HCB―热板卷箱； CS―飞剪；

E2―精轧入口小立导辊轧机；SG0―E2前侧导板；

SGl--SG6―精轧机各机架前侧导板（导卫）；

Fl-- F6―精轧四辊轧机；Ll-- L5―精轧机架之间活套装置； KB―除鳞箱

图2 “压头”效果示意图

a―头部原始厚度曲线； b、c―F5、F6辊缝变动曲线； d―压头以后的效果曲线； A、B、C、D―分别表示带钢头部开始接触除鳞水处（即F6压下开始处）、F5压下开始处、头部厚跃高峰处、头部厚跃消失处

2 压尾

当带钢尾端离开某一机架时，其张力立刻消失，板厚增加。宽带钢在大张力下轧制时，带尾每逸出一次，其轧制压力增加147--294 KN ，而带尾的厚度增加0.025--0.05μm。

由于带钢的尾端每逸出一个机架，就要失张一次，因此成品带钢尾部的厚跃是多次叠加起来的，故带卷出现愈接近尾端厚度增加愈大的现象。总增厚量的最大值可达0.015--0.30mm ，长达 12m。因此带尾失张产生的厚跃现象，对成品带卷质量的影响是很大的，同时带尾温度偏低，如将这种带卷送到冷轧时，冷连轧机组的操作发生困难，事故频繁，产量大幅度下降，因此冷轧厂并不欢迎这种热轧带卷。尾部补偿功能目前在很多AGC 系统中均有投入，主要有压尾和拉尾两种方式。

3 板带头尾厚度精度控制技术

长期以来，板带头部厚度控制系统和板带尾部厚度控制系统是各自独立的，一方的控制动作在提高某一性能指标的同时影响另一方的质量指标．这种控制方法没有从板带头部厚度控制和板带尾部厚度控制之间存在的耦合机理出发，虽然板带质量得到一定改善，从实测结果中却可以看出板带质量波动很大，尤其是在来料厚度偏差和轧辊偏心的扰动下，板带头部厚度控制和板带尾部厚度控制之间的耦合矛盾愈加明显，严重影响板带综合质量的提高．研究板带头部厚度控制和板带尾部厚度控制的耦合机理进而提出好的控制方法已经成为提高板带轧制综合质量控制非常迫切的任务。

2.1板带头尾控制技术在新生产工艺中的应用

板带头尾厚度精度控制是热轧板带轧机的关键技术。各轧机制造商在此方面都下大力气开发，呈现出多种板形控制技术。这些技术可大致分为工艺方法和设备方法。从设备方法来讲，主要有原始凸度法、液压弯辊法、调整轧辊凸度法、轧辊变形自补偿法、 阶梯形支承辊法、抽动轧辊法、在线磨辊法、轧辊交叉法等。其中抽动轧辊法中的结合弯辊技术得到广泛应用。交叉辊法的轧机其板形控制能力较强，综合性能优良，是目前发展较快的板形控制法。但交叉轧辊带来的较大的轴向力给设备设计带来不便，且交叉机构较为复杂，是其得到广泛应用的巨大障碍板厚自动控制技术方面，液压AGC 已得到普遍的认可，采用短行程压下缸，以减少油柱高度提高响应速度。

2.2板带头尾厚度和精度控制的改进方向

对于头部和尾部厚度综合控制这一复杂多变量系统，抓住主要影响因素建立数学模型，从而将复杂问题简单化．同时充分考虑到来料厚度偏差和轧辊偏心等扰动的影响，运用相关策略进行控制器设计，保证控制效果能达到预期．为了使板带头部厚度和板带尾部厚度都能精确控制，对头部和尾部厚度综合控制系统设计控制器．仿真结果表明，板带头部厚度控制和板带尾部厚度控制之间确实存在严重的耦合关系．这种控制器的使用效果明显，解决了采用传统技术无法控制多输人多输出系统的难题，尤其是使得耦合严重的板带头部厚度控制和板带尾部厚度控制互相之间的影响降到了可忽略的程度，达到了良好的控制效果，说明这种策略和这种方案是可行的。

结语

新型板带头尾控制技术在当今世界热轧带钢技术中占有举足轻重的地位，以其高精度、高可靠性的技术为基础，实现了前所未有的机械和控制技术的综合。采用新型热轧头尾控制技术，不仅能避免精轧时首尾部的非稳定现象，大幅度提高轧制稳定性，而且能降低板厚及终轧出口温度和卷取温度等波动，大幅度提高热轧板带的品质。为适应当今世界热轧技术发展趋势，提高产品竞争力，我国现有热轧厂应考虑采用新型热轧搬到头尾厚度控制技术进行技术改造，开发更适合消费者需求的新产品，同时与板带头尾厚度控制相关的技术的开发也是我们需要研究的课题。

参考文献

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