侯煒 丁夢(mèng)怡 姜巍

1 引言

鋼鐵工業(yè)是重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，被譽(yù)為工業(yè)的脊梁。無論是尖端武器、基礎(chǔ)設(shè)施，還是日常消費(fèi)品都離不開大型軋機(jī)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)鋼材。寬厚板生產(chǎn)線主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)中厚規(guī)格的鋼板，軋機(jī)中液壓 AGC（Automatic Gap Control）等系統(tǒng)技術(shù)的逐步完善和應(yīng)用，在一定程度上優(yōu)化并保障了板坯軋制效果及其表面質(zhì)量。

為進(jìn)一步適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)寬厚板質(zhì)量、平整度及性能的要求，本文結(jié)合寬厚板生產(chǎn)線軋機(jī)區(qū)域出現(xiàn)的鐮刀彎情況，著重探討了軋制過程中采用的RAC(Roll Alignment Control)自動(dòng)傾斜調(diào)整技術(shù)。此技術(shù)的研究與利用，使人們能在軋制過程中更好地控制鋼板的凸度和平坦度，最大限度地減輕板坯鐮刀彎狀況的發(fā)生，提高鋼板的成材率。

2 產(chǎn)生鐮刀彎板型的影響因素

厚板軋制過程中，板坯受到溫度、軋制中心線偏離、楔形量等因素的影響，軋制過程中的工藝參數(shù)發(fā)生變化，出現(xiàn)鐮刀彎現(xiàn)象，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的尺寸精度和質(zhì)量。

2.1 溫度因素

因部分加熱爐采取的是步進(jìn)梁加熱傳送方式，所以板坯兩側(cè)溫度產(chǎn)生偏差，這也成為后期軋制過程中鐮刀彎現(xiàn)象產(chǎn)生的一個(gè)重要因素。此外，板坯從出加熱爐、預(yù)除磷到軋機(jī)這段時(shí)間內(nèi)，由于操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)冷卻水分布不均勻，在一定程度上自身溫度也呈不均勻態(tài)勢(shì)分布。通過現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的多種規(guī)模鋼板測(cè)試，可以得到這樣一個(gè)結(jié)論：即在鋼板厚度不變時(shí)，彎曲量會(huì)跟隨溫度的增加而增加；當(dāng)鋼板兩側(cè)溫度相同時(shí)，彎曲量同樣也會(huì)隨鋼板寬度的增加而增大。如圖1所示。

圖1 板坯厚度、寬度、彎曲量三者線性曲線

2.2 偏離中心線

當(dāng)鋼板運(yùn)送至軋機(jī)入口時(shí)，若鋼板中心線已偏離，因軋機(jī)上下工作輥對(duì)鋼板兩側(cè)的作用力不同，所以在經(jīng)過多道次軋制后，鋼板的表面就會(huì)形成楔形，產(chǎn)生鐮刀彎。彎曲量與中心線偏移量關(guān)系如圖2所示。

圖2 彎曲量與中心線偏移量關(guān)系

2.3 楔形量

鐮刀彎現(xiàn)象的產(chǎn)生與板坯楔形量有很大的關(guān)系。楔形量是由于來料厚度、傳動(dòng)側(cè)與操作側(cè)軋機(jī)模數(shù)、機(jī)架彈性形變、上下兩支輥壓下系統(tǒng)等眾多因素的不同而造成。其對(duì)彎曲量的影響與前面所說的溫度、中心線偏移量相同均呈線性關(guān)系，彎曲量也是會(huì)跟隨楔形量的遞增而不斷增大。

3 傾斜自動(dòng)調(diào)整技術(shù)RAC

綜合上述產(chǎn)生鐮刀彎板型的影響因素，采用傾斜自動(dòng)調(diào)整技術(shù) RAC以減少軋制過程中鐮刀彎狀況的發(fā)生，是提高板坯成材率的重要手段。

3.1 減小鐮刀彎控制理論

減小鋼板鐮刀彎會(huì)提高產(chǎn)品的成材率、減少彎曲分級(jí)和減輕剪切工序的負(fù)擔(dān)。傳統(tǒng)的鐮刀彎控制方法是由操作工根據(jù)鋼板的彎曲程度和彎曲方向，憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)整左、右輥縫差。這種控制方式受人為主觀因素影響，顯然不夠精確。目前，鋼板鐮刀彎控制的技術(shù)分以下兩種方式：

(1) 側(cè)移控制：通過防止在鋼板彎曲時(shí)產(chǎn)生的鋼板側(cè)移（軋制時(shí)，鋼板-軋輥接觸位置的滑動(dòng)）來抑制鋼板鐮刀彎。這種方法的判斷是鋼板軋制中的無校正控制。

(2) 動(dòng)態(tài)控制：通過對(duì)軋制道次之間鋼板彎曲程度的測(cè)量，在軋制過程中調(diào)整每道次的輥縫設(shè)定值和壓下力，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼板鐮刀彎程度的良好控制。這種方法適合于可逆式軋機(jī)軋制鋼板的鐮刀彎控制，因?yàn)樗梢愿鶕?jù)軋制道次之間的鋼板鐮刀彎情況及時(shí)做出動(dòng)態(tài)響應(yīng)，也就是下面所提到的 RAC軋機(jī)傾斜自動(dòng)調(diào)整功能。

3.2 RAC技術(shù)在避免鋼板鐮刀彎工作上的研究及應(yīng)用

3.2.1 RAC技術(shù)的工作原理

在萊鋼4300mm寬厚板生產(chǎn)過程中，為了提高鋼板表面形狀的平整度和精準(zhǔn)度，主要采用 RAC技術(shù)來減少鐮刀彎狀況的發(fā)生。RAC技術(shù)是一種動(dòng)態(tài)控制技術(shù)，是基于軋件偏離輥縫中心線，左右兩側(cè)載荷不同的基本原理工作的。使用 RAC自動(dòng)調(diào)整技術(shù)，可以使輥縫向所需的方向傾斜而同時(shí)保證輥縫中心點(diǎn)值不變，其動(dòng)態(tài)控制原理圖如圖3所示。

圖3 RAC動(dòng)態(tài)控制原理圖

從圖3中不難看出，RAC自動(dòng)調(diào)整的控制過程是：在軋制過程中，通過軋機(jī)OS（Operate Side)側(cè)和DS(Drive Side)側(cè)位置傳感器、兩側(cè)及彎輥的壓力傳感器等檢測(cè)原件，及時(shí)檢測(cè)出鋼板表面的實(shí)際值，并與二級(jí)設(shè)定的鋼板厚度、軋制力進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)軋機(jī)傾斜自動(dòng)調(diào)整控制。因?yàn)殇摪遘堉坪穸绕钍擒堉屏Σ钏鸬臋C(jī)械彈性變量的主要因素，所以當(dāng)軋機(jī)剛度系數(shù)為Km時(shí)，軋制力差Δp引起的彈性形變?chǔ)為：

而調(diào)整輥縫值的目的就在于減少這個(gè)彈性變量，所以通過設(shè)定值與反饋值的對(duì)比就得到輥縫位置的修正量，它與彈性變量成正比，方向相反。當(dāng)輥縫位置補(bǔ)償系數(shù)為C時(shí)，輥縫位置修正量ΔX為：

由此可進(jìn)一步通過輥縫偏差值得到軋機(jī)兩側(cè)軋制力的差值，計(jì)算出軋機(jī)傾斜的補(bǔ)償值ΔS。

式中：Km為軋機(jī)剛度系數(shù)；Q為塑性系數(shù)。

在程序編程中將這個(gè)補(bǔ)償值及軋機(jī)彈性變量值自動(dòng)添加到HGC（Hydraulic Gap Control ）的設(shè)定值中，通過PID(Proportion Integration Differentiation )功能調(diào)節(jié)，在伺服閥的作用下調(diào)整軋機(jī)兩側(cè)液壓缸的壓下量，使軋制力大的一側(cè)相對(duì)減少壓下量，另一側(cè)相對(duì)增大壓下量，以保持軋輥的平行，進(jìn)行自動(dòng)厚度調(diào)整?？偟膩碚f，RAC動(dòng)態(tài)調(diào)整的控制數(shù)學(xué)模型為：

式中：S為輥縫；Q為塑性系數(shù)；M為軋機(jī)剛度系數(shù)；ΔPk為k時(shí)刻實(shí)測(cè)壓力增量值；MC為當(dāng)量剛度；C為可變剛度系數(shù)。

當(dāng)軋機(jī)有鋼板進(jìn)行軋制且符合設(shè)定規(guī)格時(shí)，RAC控制方可投入使用，這樣就可以實(shí)現(xiàn)減小鋼板鐮刀彎狀況的發(fā)生。

3.2.2 RAC自動(dòng)調(diào)整技術(shù)的運(yùn)用效果

通過監(jiān)控可看到，鋼板進(jìn)入軋機(jī)后 RAC調(diào)整技術(shù)開始起作用，RAC位置輸出值會(huì)跟隨鋼板每道次所受的實(shí)時(shí)軋制力的變化而變化，如圖4所示。上方曲線為 RAC的輸出值，下方曲線為鋼板某一道次的實(shí)際軋制力。

圖4 RAC輸出值與軋制力

從測(cè)厚儀的測(cè)量曲線能夠清楚的看到鋼板兩側(cè)以及中心厚度的偏差極小，即厚度設(shè)定值與實(shí)際測(cè)量值的差值極小，如圖5所示。測(cè)厚儀也提供了鋼板冠型與突度的曲線，如圖6所示。兩條曲線都非常接近 0，由此可知鋼板的兩側(cè)以及中心的厚度幾乎完全相等，所以 RAC的調(diào)節(jié)在鋼板軋制過程中起了重要作用。另外，為了避免鋼板偏離中心線，在軋機(jī)的前后各有一對(duì)側(cè)導(dǎo)板。在實(shí)際軋制過程中，通過 RAC調(diào)節(jié)和側(cè)導(dǎo)板的配合使軋件兩邊的軋制力達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，實(shí)現(xiàn)均衡軋制目的。

圖5 測(cè)厚儀實(shí)際測(cè)量值

圖6 楔形量與凸度實(shí)際測(cè)量值

4 結(jié)束語

萊鋼寬厚板生產(chǎn)板型控制 RAC技術(shù)的研究與應(yīng)用，不僅在技術(shù)層面上提高了板坯成材率，為高效生產(chǎn)提供了較強(qiáng)的技術(shù)補(bǔ)充，同時(shí)也為企業(yè)創(chuàng)造了較大經(jīng)濟(jì)效益，此 RAC技術(shù)在國(guó)內(nèi)同行業(yè)中有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1] 張曉康.中國(guó)中厚板軋制技術(shù)與裝備[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2009.

[2] 孫本榮.中厚鋼板生產(chǎn)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1993.